基于能量质环理论诱发路堑边坡破坏机理的分析

周延军，储何龙

（1.重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆400013；2.重庆交通建设集团（集团）有限责任公司，重庆400013）

某公路位于江苏省宿迁市花木园林观光区，在道路建设过程中频繁出现滑坡现象，成为花木园林观光区具有代表性的灾害之一。

以能量质环理论致灾演化的角度分析道路边坡失稳的破坏机理，透析破坏边坡从初始破坏形成到最终破坏的各个环节，理清道路边坡破坏的真正原因，分析边坡破坏机体的发展动态，总结破坏影响因素，探索治理对策，供道路建设者防治道路边坡滑移破坏参考借鉴。

1 路堑边坡破坏原因分析

江苏省宿迁市花木园林观光区土质大多为粉土、细沙土等，夏季余量充沛，多处路段在该形式下出现倾倒、滑坡及挡墙破坏，导致道路被冲塌。另一方面，此路段为花卉交易区的必经之路，路段承受的不安全因素特别多，尤其是环境恶劣天气的时候，道路边坡在雨水冲刷后，极易发生破坏。

1.1 车辆荷载因素

道路边坡在上部不确定荷载作用下，边坡土体吸收的能量也是不确定的，由于车辆超载等意外情况，导致边坡土体接近破坏边缘。此路段常年通过的重型车辆比较多，经常出现交通拥堵现象，甚至出现交通事故，导致多路路堑边坡变形严重。所以，道路上部的不确定的车辆荷载是导致边坡破坏的主要因素。

1.2 环境因素

该地区常年雨水量充沛，地下水位线比较高，给当地花卉苗木的生长带来很大的优势，使得到该花木区观光旅游的人比较多，当地花木园林产业的发展越来越好。但是，道路边坡含水量的提高将是边坡防护的重大难题，因为道路边坡土体的稳定主要是靠土体颗粒之间的摩擦力支持，含水率的增大将导致土体颗粒的摩擦力大大减小，水的存在起润滑的作用，所以，环境因素也是加速边坡破坏的重要因素之一。

对于含水量－摩擦力的关系，到现场取了一定量的土体，做了4组相关的试验，表1～表4提供该工程4个边坡含水量－土质摩擦力实验关系数组。

表1 边坡含水量－土质摩擦力实验数组1

表2 边坡含水量－土质摩擦力实验数组2

表3 边坡含水量－土质摩擦力实验数组3

表4 边坡含水量－土质摩擦力实验数组4

通过以上数据可直观得出以下结论:

1）土质边坡土颗粒间的摩擦力存在一定的非线性关系，前期随着坡体含水量的增大，土颗粒间的摩擦力减小，水起润滑作用；

2）当含水率达到一定的程度，土体将能够承受稍微更大的荷载，含水量－摩擦力的关系呈上升趋势；

3）根据以上四组数据，得出该花木园林观光区路段土体存在临界含水量约在29.7%～33.0%。

2 路堑边坡能量致灾诱发机理研究

路堑边坡的破坏可以归结为能量－作用力之间的转化效果引起的，边坡的失稳总是会沿着某一滑动面产生破坏，而对于此滑动面的产生过程需要更深入地研究。

边坡在破坏面上土体的自重作用下，总会产生某种沿着滑动面发生失稳的趋势，这种趋势由重力能转化，在重力作用下，土颗粒间将产生相对的微小位移，这部分的位移将产生某种推动力，使土颗粒间的位移越来越大。

路堑边坡失稳破坏的原因，涉及车辆、环境等多重因素，路堑边坡在车辆荷载所产生的能量作用下，使得边坡土颗粒形成相对的移动，在多重能量作用的边坡，各种能量相互交汇形成能量破坏点，即边坡薄弱点的形成开始，长期作用下，边坡将形成无数能量破坏点，能量破坏点形成无数条能量破坏线，能量破坏线能量继续的激增，将导致下一阶段能量破坏面的形成，即边坡滑移面产生阶段。另一方面，考虑环境等其他因素促进以上各阶段发展的速率，加快路堑边坡失稳的步伐，整个过程伴随着能量的不断叠加、激进、爆发直至破坏的整个循环过程，见图1。

图1 路堑边坡能量致灾循环演化过程

1）路堑边坡重力能。边坡失稳最初形成因素是边坡滑移面以上土体自重引起的，这部分的影响不受任何外部因素的影响，只与土体本身土颗粒性质有关。

2）能量质点的产生。在外部各种荷载的作用下，路堑边坡土颗粒将吸收各种作用荷载所产生的能量，这些能量将引起土颗粒产生震动位移，朝着土体不稳定状态发展下去，在滑移面上产生无数能量破坏点，又称能量质点。

3）能量破坏线的促成。当滑移面上能量破坏点形成后期，土颗粒继续吸收能量，无数能量质点间将相互吸引，这就导致破坏能量成倍的扩大，形成无数能量破坏线，能量破坏线的产生是由于能量不断激增的结果。

4）能量破坏面的形成阶段。随着能量的不断演化，路堑边坡土颗粒不断的吸收能量，由无数条能量破坏线继续发展，形成能量破坏面，即滑移面。土颗粒间吸收的能量将转化为直接作用力，当作用力大于摩擦力时，滑移面破坏。

在坡体滑移演化的过程中，能量破坏作用力与坡体土颗粒间摩擦力存在以下关系:

1）当作用力等于摩擦力时，即F＝f，滑移面处于临界破坏状态；

2）当作用力大于摩擦力时，即F＞f，滑移面处于完全破坏状态；

3）当作用力小于摩擦力时，即F＜f，滑移面处于安全状态。

3 结束语

1）对路堑边坡失稳破坏原因的分析，主要因素为车辆、环境、地质等，重点对车辆和环境两个因素重点阐述；

2）通过相关实验得知，边坡稳定与边坡土质含水率存在直接的关系，土质含水率影响路堑边坡土颗粒摩擦力；

3）从能量致灾角度分析路堑边坡滑移破坏的产生机理，由能量点－线－面－破坏演化循环过程进行分析，透过本质来揭示边坡失稳破坏过程；

4）能量致灾演化过程，伴随着能量的不断演化、激进等环节，最终将以作用力的形式转化，引起土质边坡发生滑移。

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