基于强度折减法的路堑高边坡支护方案研究

李新杰 李冬杰

【摘要】边坡稳定对于高速公路建设来说是极其重要的，边坡稳固关系到人们的生命财产安全问题，边坡稳定性问题是判断工程建设质量好坏和保证人民生命财产安全的关键性问题，所以对边坡稳定性的分析研究具有很重要的现实意义。目前在实际工程中，对边坡稳定性分析的方法有很多种比如瑞典法、Bishop法、不平衡推力法、摩根斯坦-普莱斯方法等。近些年来，随着强度折减法的迅速发展，强度折减法成为了边坡稳定性分析的重要手段。

【关键词】强度折减法;路堑高边坡;支护方案

由于高边坡公路途经路线走廊带的差异，地质条件与相应的物理力学性能不尽相同，原有的成果并不完全适用。需要结合工程实际特点，对其进行稳定性分析和相应的支护优化设计工作。与此同时，当前主要是针对单一的防护技术措施进行研究，比如锚杆框架梁防护，三维植被网防护等。不同的支护防护手段具有不同的适用范围和条件。因此，针对实际项目的工程特点和沿线工程地质条件，考虑公路高边坡项目与周围环境的协调性，对公路高边坡进行科学合理的稳定性分析，选择科学有效的支护设计对于提高施工期以及后期运营阶段的稳定性具有重要意义。

1、强度折减法概述

强度折减法是在外荷载不变的前提下，将土体的抗剪强度指标进行不断折减，使土体处于极限平衡时的折减系数即是边坡的稳定性系数。结合有限差分法的强度折减法具有不用假设边坡破坏的滑动面的优点，避免了假设滑动面的不准确性导致计算结果不可靠的后果，同时还具有不受地貌影响的特点，能够模拟出边坡破坏过程中的滑移面形状和位置，因此在进行边坡的稳定性分析时，采用强度折减法能够较合理地还原边坡的破坏过程。

2、有限元模型建立

边坡覆盖层为粉质黏土，下层为不透水的变质细砂岩。边坡的位移边界条件为两侧施加链杆约束，底部施加固端约束;覆盖层的流量边界条件为两侧和地下水位以下是定水头边界，底部为不透水边界。自重作用下的地应力场作为边坡的初始应力场。通过现场钻孔、原位测试和室内试验，得到边坡土体参数。

3、有限元模型分析

边坡土体受内部构造、应力演化和环境作用等要素影响，土体材料特性表现出明显的不确定性。边坡土体材料的变异性会导致不同的危险滑动面，因此在降雨入渗边坡失稳机理的分析时，很有必要考虑边坡土体参数的变异性。采用简化Bishop法和瑞典条分法对边坡的可靠度进行分析;基于无限长边坡物理模型，提出了土体抗剪参数均值随深度变化的概率分析方法;用有限元强度折减理论探讨了边坡在动力作用下的可靠度;建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗概率分析框架，探究了饱和渗透系数变异系数对边坡失效概率的影响。目前，对边坡可靠度分析大都基于土质边坡，在降雨入渗条件下，考虑土体抗剪参数变异性的层状基岩型边坡的可靠度分析研究较少。

4、支护优化设计要点

针对高边坡不同的项目特点和地质条件，选用不同的加固设计手段。通常在公路高边坡加固处治中较为常见的加固方法有：喷锚网支护加固、注浆加固、SNS主动防护网等。打入岩体的锚杆和抗滑桩对岩体的稳定具有极大的帮助。高边坡支护优化设计的目的在于实现边坡在自然灾害下保持稳定性的能力，避免出现滑坡等较为严重的失稳现象。对于高边坡的治理往往采用多种支护方式，而不仅仅是单一措施。例如，进行混合支护时，锚固方格的结构由锚杆和预应力锚索组成，锚杆会增强坡体的整体稳定性，而锚索的存在使得坡体具有韧性的特点。如此可以很好地保证坡体在一定范围内出现变形时整个边坡仍保持稳定。排水设计。水是高边坡失稳现象出现的一个重要因素。如坡体内的水不能及时排出，一方面会增大坡体自重增加与下滑力，另一方面也极有可能出现坡体松动的现象，进而产生严重变形。因此，在进行高边坡优化设计时，不应忽略对排水系统的设计。在不同的排水系统中设计不同的方案以保证高边坡排水的畅通。高边坡施工应自上而下逐级开挖，高边坡的支护也应逐级防护，同时注重坡体的监测。边坡失稳虽然是一种不良地质现象，但具有一定的规律性。通过对坡体的监测可以及时发现边坡存在的安全隐患进而提早采取措施，保证工程项目的安全。

5、无錨杆支护的方案

随着边坡开挖和支护的进行，边坡的稳定性逐步增加。在第一步和第二步开挖的过程中边坡的安全系数得到有效的提高。因为在开挖第一步和第二步的过程中，挖方有效地减少了起下滑作用的土体的重量，使得这个边坡的下滑力减小，抗滑力与下滑力的比值增大，从而提高了边坡的稳定性。尤其是第二层喷混凝土施工完毕后，边坡的稳定性最好。但当进行第三台阶开始之后，边坡的稳定性系数有所降低，究其原因，是因为边坡的抗滑段的抗滑力减小。另一方面，在无锚杆支护的方案中，边坡仍然存在一个潜在的圆弧状表层滑动带，该滑动带即位于粉质粘土和炭质页岩的岩层分界面附近，这是因为在成岩过程中，在岩层分界面处胶结强度较低造成的。另外可以看出滑动带在坡脚的位置初应力最大，因此在施工完毕后，在长期的运营过程中，可能会出现坡面喷混凝土出现剪切裂缝的病害。加设锚杆之后，边坡的塑性区范围明显缩小。只在表层出现了小范围的塑性区，这表明锚杆调整了边坡的应力分布，起到了明显的支护作用。潜在的滑动面位置明显下移，加深加大，且滑动面的应力明显减小，支护效果良好。虽然增设锚杆在一定程度上增加了工程造价，但是在可控范围内，该类顺向挖方路堑边坡仍然建议设置锚杆进行加固防护，避免带来后期运营的潜在危险与病害。

结语：

综上所述，高速公路边坡工程应综合考虑工程地质、水文地质、边坡高度、环境条件、施工条件等因素，因地制宜，精心设计，选用一种支护结构形式或几种支护结构形式组合的方式，实现边坡治理的效果。在多级平台放坡的情况下，监测到边坡及相应支护结构均无明显变更，边坡治理效果显著，可为同类永久性高边坡的治理提供参考。

参考文献：

[1]李霞.基于强度折减法的路堑高边坡支护方案研究[J].山西建筑，2020，44（18）：127.

[2]杨峰.基于强度折减法的路堑高边坡支护方案研究[J].城市建筑，2020（8）：30-32.

[3]陈君杰.基于强度折减法的路堑高边坡支护方案[J].城市建筑，2020（5）：60-61.