基于工程安全风险控制的高陡岩质边坡治理设计应用探讨

胡鼎培，王勇

（贵州省建筑设计研究院 有限责任公司，贵阳 550081）

1 概述

高陡岩质边坡岩体的发育特征受地质构造运动的影响大，岩体的沉积相、节理裂隙等规律大多仅能从宏观上进行反演分析或现象抽象总结。为了方便工程应用，传统的岩石力学及土力学对岩体进行较多的计算假设，主要是将各向异性假定成各向同性。 在现有实践中，关于边坡土压力计算多采用经典的库伦土压力理论。该理论能很好地控制治理对象的安全，同时，由于经典理论存在较多理想化假设，因而又导致许多项目失败。

大多岩土工程师在进行岩土工程治理设计时，安全多停留在规范规定的安全系数上，仅以满足规范要求作为“护身符”，而没有系统的工程安全风险知识。这在一定程度上反而加大了高陡岩质边坡治理的工程风险。基于工程安全风险控制的高陡岩质边坡治理设计是将部分与岩体相关工程安全风险前置到设计阶段，减少后期治理的工程安全风险，实现高陡岩质边坡治理的永久安全及治理方案的完善。

2 高陡岩质边坡治理设计中的难点与重点

高陡岩质边坡稳定性分析常用方法有定性分析及定量分析，定性分析常用于宏观控制或概念设计方面；定量分析是利用规范规定的计算理论系统计算并进行分析比较。在进行定量计算时，选取合理的计算模型及岩体力学参数是关键。根据相关工程经验总结，各种计算模型均存在一定的局限性。Morgenstern 认为，经典土力学理论是压剪土力学理论，适用于岩土体完全受到压剪应力荷载；不适用于外部卸载造成土体拉张、孔隙率增大、土体强度减小的岩土破垮工况过程【1】。其指出建立在压剪土力学理论基础上的现代岩土工程安全设计方法存在安全缺陷，使达到岩土工程安全设计标准的斜坡等结构在营运过程中可能发生滑塌，产生灾难性后果。

同时，一些控制边坡稳定性的结构面存在较强的隐蔽性及复杂性。目前，勘察手段难以准确查明其空间状态及物理力学指标，多以地表调查及规范经验代替实际工作，导致设计过程中对边坡缺乏完整的认知。在治理设计中完全依靠经验进行计算模型的选取，增加了工程的安全风险。

通常，高陡岩质边坡地形地貌复杂，边坡破坏后果严重，控制边坡安全因素较多。在进行边坡治理设计时，宏观上的准确判断和微观上的正确计算是保证边坡安全的根本途径，同时也是重点及难点。

在准确判断及正确计算基础上，选取合适的治理工程措施亦存在一定的难度。大多高陡岩质边坡是永久性边坡，支护结构与坡体岩体共同作用、支护结构体系间的共同作用、坡体应力改变的时空效应等尚无理论支持，支护结构的失能失效没有严格的工程控制措施等情况都是治理设计中存在的难点或者盲点。

3 高陡岩质边坡治理设计中的工程安全风险分析

工程安全风险通常具有不确定性、相对性、可变性3 个基本属性。高陡岩质边坡治理设计中重点及难点也是设计过程中安全风险控制核心。因此，在进行高陡岩质边坡治理设计时，主要安全风险点与设计重点及难点具有高度契合性。设计过程中主要有以下5 个重大工程安全风险。

3.1 勘察成果不完整或失真的风险

在实际生产过程中，受限于勘察手段的单一及勘察技术的落后，一些延伸程度较大但隐蔽于深处的软弱结构面查明难度大。例如，多数岩体结构面的原位测试局限于坡体表层岩体，通过查询规范经验值确定物理力学指标弹性较大。例如，GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》中对硬性结构的抗剪强度指标标准值内摩擦角差值达9°，黏聚力差值达0.04MPa，等效内摩擦角达10°【2】。对于高陡岩质边坡，这些差值足以导致最终计算结果的“天壤之别”。在进行边坡勘察时，对于工程地质宏观判别及控制不熟悉，致使岩性、岩体质量以及水文地质、工程地质的差异并未体现在勘察成果中。例如，碳酸盐岩坡体可能存在以溶隙形式存在软弱结构面，以岩溶管道存在远程地下水影响等。沉积相的不同，岩体的岩性相近，但其强度可能存在较大差异等情况均是勘察成果中极易缺失的部分。

3.2 计算模型选取错误的风险

实际生产过程中，行业间的相关技术标准要求存在差异。在进行计算模型选择时，除理论模型本身的局限性外，尚存在计算模型选择失误的可能。例如，在采用折线法计算下滑力时，本身就存在显式解和隐式解2 种情况；在进行锚杆（索）拉力计算时，其与滑移面平行的分力是降低“分母”还是增加“分子”；边坡侧压力与滑坡推力的方向及大小判定等都是极易造成计算模型选取失误的地方。

3.3 治理方案选择失误的风险

治理方案的合理性及经济性是高陡岩质边坡治理设计中的重中之重。在进行治理方案选择时，需要考虑结构安全、工艺成熟且简单、环境影响小等因素。但在进行高陡岩质边坡治理时，一些工艺较为复杂且存在一定局限的工艺是必须手段。例如，预应力锚杆（索），其预应力损失无法定量评估【3】。

3.4 治理设计中忽略或弱化一些非常重要的辅助治理手段的风险

例如，监测大而化之，无具体的监测方案；截排水仅局限于坡顶及坡脚或坡面，无必要的水利分析计算；对于工程治理过程中可能出现的重大工程危险无分析评价，可能出现的危急情况无应急设计等。

3.5 设计人员经验不足或犯经验主义错误的风险

在高陡岩质边坡治理设计中，受岩性、岩体、作用3 者之间的复杂性影响，每一个高陡岩质边坡的工程特性具有相似性及惟一性。设计人员经验不足是一种常态。同时，经验的普适性亦会导致在进行治理设计时犯错。

4 高陡岩质边坡治理设计中的工程风险控制及应用

1）勘察成果是治理设计的依据，在充分尊重及利用勘察成果的同时，需对相关核心影响因子进行必要的复核及调整。有条件的情况下，设计人员需到现场进行实地查验。针对一些岩性变化、风化差异较大及边坡岩体质量为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的高陡岩质边坡，需特别注意结构面抗剪强度指标及结构面发育情况对坡体稳定的影响。在进行设计时，对勘察成果各数据间建立相关性分析评价，并根据工况及工程环境进行适当调整。

2）在进行计算模型选取时，应进行赤平投影分析、侧压力计算、下滑力计算、等效内摩擦角复核等多种模型综合分析，选取最不利的结果作为支护结构计算的依据。同时，应根据支护结构的不同，有针对性地选取计算模型及一些辅助参数。同时，注意一些基础的物理力学作用的分析，避免发生错误。

3）注意信息化设计施工的应用。由于岩体存在各向异性，信息化设计施工尤为重要。通常情况下，设计技术负责人必须对边坡开挖后的情况进行现场了解及复核；对一些地质条件复杂的边坡，需进行必要的施工勘察工作。及时发现一些隐藏的优势结构面、坡面渗水点、工程环境变化等情况。

4）设计文件中须明确边坡治理施工工艺的要求，比如，分级分段高度及长度、坡面验收、重要隐蔽验收等的要求。同时，设计文件中必须明确监测方案、截排水方案、重大危险应急方案等。针对一些重要且复杂的坡体，应进行必要的监测专项设计及应急工程设计，用于指导后期预报预警及应急抢险。

5）加强设计人员的管理。高陡岩质边坡的治理一定要安排工程经验丰富、胆大心细、责任心非常强的高职技术人员来担任项目负责人，而不是仅仅满足国家规定的注册师。同时，设计方案应进行必要的头脑风暴法，而不是简单设计—审核模式。在进行治理方案设计时，尽量选取工艺简单的方案。设计人员除了必要技术交底外，尚应全过程跟踪治理过程。

5 结语

高陡岩质边坡治理设计不仅是一个技术工作，更涉及管理、社会、环境等诸多方面的影响。设计的成败直接关系到边坡建造及运营过程中的工程安全风险。因此，将一些能够预见的工程风险前置至设计阶段进行控制，是一种最小成本、最低风险的风险控制手段。本文仅针对治理设计中的技术方面进行风险分析及控制建议，在实际生产过程中，尚存在许多其他方面的风险需要进一步研究。