岩土工程中高填方边坡的稳定性分析及治理措施

曹文正

重庆市渝西水利电力勘测设计院有限公司 重庆 402160

随着时代和科技的不断进步，各种各样的新技术、新材料和新设备应运而生，在建筑工程施工中受到了广泛应用，促进了建筑行业的稳定发展。岩土工程属于建筑工程的一部分，其施工的质量会对建筑工程产生极大的影响。在岩土工程建设中，常常会涉及到对地下水资源进行调配，对土壤结构进行优化等方面的工作，其施工外界的生态环境紧密相关，容易造成高填方边坡结构不稳定的问题，导致安全事故的发生。在很多情况下，岩土工程的建设都会对周边的生态环境造成不利的影响，而且这种影响是长期存在的，因此，推进优化、改进岩土工程施工方案和采取适当的防治措施，对保持高填方边坡的结构稳定具有重要意义。

1 边坡稳定性理论概述

在岩土工程施工的过程中，边坡的结构失去稳定性是多种原因造成的，地层岩性的差异会引起边坡的变形、位移与破坏。随着边坡坡度的增大，坡顶及坡面的应力也相应增大，从而导致坡角的剪切应力增大。当坡度不断增大时，会对边坡的稳定性产生不利影响，一旦边坡的结构发生变形，在很大程度上会留下安全隐患。一般来说，边坡结构之所以发生变形几乎都是由水的侵蚀和冲刷造成的，在水的不断侵蚀和冲刷下，会造成岩体的断裂或松动。在地震和爆破的作用下，也会降低边坡结构的稳定性，在地震的一刹那会引起边坡的应力场变化，从而使土体的联结力降低，对边坡的安全和稳定构成极大的威胁。高填方边坡的稳定性不仅受到岩体和岩层等因素的影响，还会受到边坡改造、震动、气候等因素的影响。虽然不同因素造成的影响程度不同，但都会对边坡结构的稳定性产生不利影响，若不能对其进行妥善处理，将会导致更加严重的后果。从总体上来看，高填方边坡的稳定性受多种因素的影响，比如，自身的形状、岩土的性质、地层的性质、地质构造、地应力以及水的作用力等等。

2 岩土工程中提高高填方边坡稳定性的意义

近些年来，由于城市化进程的加快和人口数量的增多，各类建筑物的占地面积都在不断增大，部分区域的高填方边坡也随之变成了承载建筑物的场地。在高填方边坡的坡顶位置可能会建造道路、民居和机场等，一旦边坡的结构失去稳定性，将会给附近居民的生产、生活带来极大的危害。因此，在进行岩土工程建设时，施工人员可以针对不同地区的具体情况，采取适当的治理措施，以进一步改善边坡的稳定性，有利于促进社会和经济的发展。山区丘陵地带占据我国2/3的土地面积，而山区丘陵地带的地形起伏比较大使得当地的地形和地貌变得更加多样，在一定程度上增加了岩土工程施工的难度，在公路、机场等工程建设中，山区丘陵地区的高填方边坡高达数十至数百米，在某种程度上会使工程项目建设的总量有所增加，建设费用也随之增加。同时高田方边坡在后期的施工管理中，因其纵断面长，横断面宽，坡度高，因此，如何改善边坡的稳定性就显得尤为重要[1]。

3 基于极限平衡法的高填方边坡稳定性

在工程设计阶段，对边坡的稳定性进行分析，根据边坡稳定分析方法的特征，可以结合工程的实际情况，灵活选取和应用恰当的方法，从而使稳定性分析更加科学合理。根据对高填方边坡的有关研究，对高填方边坡的自设稳定性进行全面的考虑，在考虑水压因素的影响时，可以采用瑞典条分法来进行综合压力强度的评价，从而得到精准的运算结果。利用简化毕肖普法来进行计算，即使忽略土体之间的作用力，最终的计算结果也是比较精准的，外界因素不会对其产生太大的不利影响。因此，必须要根据实际情况分析不同方法的优势，从而提高稳定性分析的合理性。经过多年的实践研究，结合高填方边坡的稳定性分析结果，采用极限平衡法对边坡结构稳定性进行分析，取得了较好的效果，瑞典条分法则是以圆弧滑动面为基础进行稳定性分析的。在实际工程中，先确定边坡的单位长度，然后将空间问题转换成平面问题，从而降低计算的难度。比如，在岩土工程中，可以任意选取一条具有高变形概率的弧形滑裂面，利用垂直向上的土条沿滑裂面滑动，并根据土条的受力情况确定其安全系数。采用瑞典条分法进行粘性土边坡的稳定性分析是最有效的，其计算精度也较高。简步法也属于极限平衡分析法的一种，主要用于分析非弧形边坡的稳定性，采用迭代计算的方法进行分析。这种方法有其自身的优越性，适用的领域范围比较广，而且在计算结果方面也比较精确。然而需要尤其注意，简步法的计算必须考虑到土条之间的相互影响，相互作用，并在计算时考虑到平衡条件的要求[2]。

4 岩土工程高填方边坡稳定性的影响因素

高填方边坡的稳定性主要受边坡的地质、土质以及边坡震动、气候、人为等多种因素的制约，其对边坡的稳定性都有不同程度的影响。不同的影响因素对边坡稳定性的影响程度存在着一定的差异，而内在因素的影响是主要的，外在影响因素是破坏边坡结构稳定性的关键因素，具体表现为以下几点。

4.1 地质因素

影响岩土工程高填方边坡稳定性的因素有很多，其中地质因素的影响较为基础，地质条件和土质条件的影响都可以被归类为地质因素，高填方边坡结构的稳定性在极大程度上会受到这些条件的影响，岩层的构造面与坡面之间的关系对边坡的稳定性也有一定的影响。在进行土体回填时，土体和岩层面会保持垂直的状态，此时高填方边坡结构的稳定性最强。除此之外，还要考虑到填土物质对结构稳定性的影响，要考虑到内部摩擦角和岩体自重对边坡稳定性和可靠性的影响。

4.2 边坡形态

边坡的形态也会对高填方边坡的稳定性造成影响，边坡的长宽高、平面断面形状等因素都会对高填方边坡的稳定性产生不利影响。一般来说，高填方边坡长度越长，其稳定性也就越好，而长度越短，稳定性就越差。另外，凹形平面的边坡其稳定性比凸形要高，在张拉力的作用下，容易产生裂缝，使坡角的剪应力增大，从而对高填方边坡的稳定性构成一定的威胁。

4.3 气候环境

根据国内外有关理论和实际工作经验，认为高填方边坡的稳定性也会受到气候条件的影响，气温和降水等因素会造成高填方边坡的稳定性发生变化。在降水量较大的气候条件下，高填方边坡在吸收水分之后，容重增大，黏附力降低，土体物理性质降低，在孔隙水压作用下影响高填方边坡的稳定性。

4.4 地下水

地下水位的高度在一定程度上也会影响到边坡结构的稳定性，地下水位过高时，高填方边坡结构的稳定性会下降，其影响主要体现在软化影响、动静水压力、水流冲击等方面。高填方边坡的稳定性受结构物理性质的影响，其稳定性会下降，岩体的粘聚力和内摩擦角的力学属性也会随之降低。此外，岩层的结构面也会影响高填方边坡的稳定性，可能会导致结构的软化面丧失，而且由于长期的地下水冲刷会产生渗流通道，边坡很容易发生坍塌。

4.5 动力因素

在高填方边坡自重的影响下，它的结构相对较稳定，但在地震的作用下，其结构可能会失去稳定性。在地震的作用下，由于边坡结构的动态荷载作用使原有边坡的受力状况发生改变，从而导致其内部应力的变化，造成结构的失稳。

5 高填方边坡结构稳定性破坏形式

5.1 雨水冲刷

在干燥的气候条件下，高填方边坡自身的结构在一定程度上能够抵抗外界的冲击，然而，在长期降雨的环境中，长时间的浸泡会对边坡的稳定性产生不利的影响，从而使边坡的粘聚力降低，对边坡造成破坏。

5.2 滑坡

滑坡是一种常见的、具有严重危害性的地质灾害，高填方边坡坡面上的土体由于自身的原因会沿软弱的结构进行滑动，造成剪切破坏。在此阶段，首先会发生蠕动变化，随后转变为滑动破坏，并随时间的推移逐渐稳固。

5.3 坡面剥离掉块

由于岩土工程的施工是在外界环境中进行的，长时间暴露于空气中，其高填方边坡会受到风化和侵蚀等因素的影响，很容易出现坡面剥离掉块的情况。在这些因素的作用下，随着时间的推移，坡底会出现大量的积土，坡脚塌陷，对高填方边坡的稳定性构成一定的威胁[3]。

5.4 滑塌

由于多种因素的制约，发生滑塌事故的概率比较大，在填筑、开挖的过程中，堆载也可能会造成滑塌，严重影响岩土工程的施工质量与安全。

5.5 泥石流

泥石流是一种比较严重的自然灾害，造成的破坏问题比较突出，主要是由于降雨和降雪的冲刷而造成的。在发生泥石流时，会夹带大量的碎石和土块，不利于保障施工人员的生命安全。

6 岩土工程高填方边坡稳定性的治理措施

高填方边坡的稳定性受各种因素的影响，必须从各种不同的治理方案中选取最优的治理方案，对高填方边坡的地质、水文、施工环境进行综合全面的分析。在此过程中，要综合考虑各项指标，根据各指标所占的比重进行综合衡量，最终选出最优的方案，提高高填方边坡结构稳定性治理的效果。

6.1 削坡减载

通过对岩土工程高填方边坡稳定性影响因素进行分析，可以采取削坡减载的方式，通过对边坡的结构进行优化和改进，使边坡结构的稳定性得到极大的提高。在削坡减载的情况下，可以采用坡率法与减载法相结合的方式来解决边坡的变形损坏问题。然而在此过程中，由于各种主观和客观因素的影响，可能会使土体沿圆弧表面滑动，从而影响治理的效果。由于边坡岩体中含有大量的特殊风化矿物，因此在此区域很容易出现滑动带，从而增大了滑坡的发生概率。实施护坡工程能最大限度地避免坡面被破坏，采取削防的措施对坡面进行保护。水的侵蚀会对边坡的结构造成破坏，不利于提高高填方边坡的稳定性，还应注意边坡的排水，使边坡岩体始终保持干燥，避免水因素对边坡稳定性造成不利影响。因此，在削坡减载治理时，应充分考虑边坡角的防滑措施，并采取相应的配套措施，以保证最终的治理效果[4]。

6.2 挡土墙工程

通过设置挡土墙，可以保持边坡的稳定，特别适用于某些具有较低推力的工程。当高填方边坡的稳定推力超出了其承受能力的限度时，必须进行相应的抗滑挡墙的设计，并配合上述削坡工作的实施。同时，各地区的填方土厚度也不尽相同，有一定的差别，其应力和变形量也有一定的差异，垂直位移仍呈由上至下逐渐减小的趋势，当发生沉降时，填方的厚度也会发生下沉和位移。随着地下水位的增长，高填方边坡纵向、水平方向的位移量也会增加，从而增大坡面剥离和沉陷的概率，不利于高填方边坡的稳定。因此，必须根据高填方边坡的实际状况，采取相应的措施，以保持边坡结构的稳定。

6.3 锚杆加固防护技术

该技术的应用充分考虑到了高填方边坡的特点，使其即便是下层的破碎结构也能保持结构的稳定性，为了提高结构的稳定性，采用锚杆来加固，增强结构的抵抗力。

6.4 坡面防护技术

某些大坡度的高填方边坡，由于重力的影响，有可能会发生坍塌或滑坡的现象，由于膨胀因素的作用，大石块在滚动的过程中可能会发生破碎，并在边坡的底部堆积。针对这类问题，可以采用喷射混凝土的措施来加固高填方边坡的结构，此方法特别适用于易风化的斜坡。对于不易风化的边坡，则可以采用勾缝、灌浆的方法，具有良好的效果。对于一些大裂缝问题，利用灌浆技术可以有针对性地进行处理。在风化严重的边坡上可以安装护面墙，能达到理想的防护效果。

6.5 种树、种草防护

选择此种技术主要是在缓坡区种植树木，提高土质的紧实度，从而提高边坡结构的稳定性，对防止边坡土壤侵蚀具有明显的作用。植物的根系能够使边坡结构变得更加稳定，使土层变得更加结实，减少土层松动现象的出现。此外，通过种树防护的方式还可以减小岩土工程对周围环境造成的影响，维持生态系统的平衡，具有良好的社会效益。除了种树防护之外，还可以进行种草防护，此种技术具有较强的生态性，对于高填方边坡的坡度有着较高的要求，通常情况下，坡度不能超过6m，且土质必须要足够松软。才能便于进行大面积种植。生态防护技术既能有效保证高填方边坡的结构稳定，又能最大限度地降低岩土工程对周围环境的破坏，具有相当程度的环保效益[5]。

除了上述措施之外，还可以在边坡上设置巷道，通过钻孔疏流法和地表排水法等进行有效治理。对于一些结构比较复杂的高填方边坡，应采取特殊加固的方式，来增强边坡结构的稳定性。采用锚固法可以降低边坡预应力的损耗，并在边坡体内设置抗滑桩，防止发生滑坡。现阶段，在改善岩土工程高填方边坡结构稳定性时，以综合治理的方式为主，已经由过去的被动治理转为了主动加固，通过采取各种方式提高结构的稳定性，减少外界因素对结构稳定性的二次破坏，促进岩土工程效益的提高。

7 结语

在目前进行工程建设时，工程建设的规模在不断扩大，再加上不同地区之间地质构造具有一定的差异，岩土工程的施工会有一定的难度，高填方边坡结构的稳定性与最终工程的质量有直接联系。本文笔者就重点探讨了岩土工程高填方边坡稳定性的影响因素，通过采取削坡减载、设置挡土墙、锚杆加固防护技术、坡面防护技术、种树、种草防护等对有效治理措施进行了分析，以其促进岩土工程的发展。