高边坡条件下组合支护形式的应用与研究

黄华健

(广州市市政工程机械施工有限公司，广东 广州 510000)

在土木工程领域中，高边坡稳定性和安全性一直是一个重要的研究课题。高边坡是指具有较大坡度和高度的土质或岩石边坡，如山体公路、高速公路、堆石坝、露天矿山等。由于高边坡受到自然力和人为活动的影响，其稳定性常受到威胁，一旦发生失稳，将导致严重的灾害和损失，如滑坡、崩塌、岩爆等。因此，研究高边坡条件下组合支护形式的应用和研究具有重要的理论和实际意义。通过合理选择和组合支护形式，可以提高高边坡的稳定性、抗滑能力和抗震能力，降低灾害发生的风险。此外，对组合支护形式进行深入研究还可以拓展土木工程设计和施工的技术手段，提高工程质量和效益。

1 高边坡稳定性分析与评价

1.1 边坡稳定性分析方法

1.1.1 现场监测与数据分析

通过对高边坡实际工程进行现场监测，获取相关数据并进行综合分析，可以准确评估边坡的变形、位移、水位、地下水压力等参数的变化情况，为稳定性分析提供可靠的依据。在现场监测过程中，可以采用各种测量技术和仪器设备，如全站仪、测斜仪、测深仪、孔隙水压力计等，对边坡进行定点观测和数据采集。监测内容涵盖了边坡体、支护结构以及周边环境的各项参数。监测数据分析是为了从大量监测数据中提取有用的信息，揭示边坡变形规律和特点。数据分析方法包括统计分析、时序分析、空间分析等。通过对数据进行趋势分析、周期性分析、相关性分析等，可以了解边坡稳定性状态，并探索其变形原因和机制。同时，数据分析还可以与理论模型进行对比和验证，验证模型准确性和适用性。通过将实测数据与模型计算结果进行比较，可以评估模型的可靠性，并对模型参数进行校正和调整，以提高模型的预测能力。现场监测与数据分析结果将为边坡稳定性评价和支护设计提供重要参考，通过对边坡的实际变形和水文变化情况的监测与分析，可以更准确地评估边坡的稳定性，并针对性地选择适当的组合支护形式和设计参数，以确保工程的安全可靠性[1]。

1.1.2 数值模拟与边坡稳定性分析软件

数值模拟和边坡稳定性分析软件，可以模拟边坡的复杂力学行为和变形过程，评估边坡的稳定性，并优化支护设计方案。常见的数值模拟方法包括有限元法、边坡位移法和离散元法等。而边坡稳定性分析软件如GeoStudio、Plaxis和Slide等，提供了直观的图形界面和丰富的分析功能，能够快速、准确地评估边坡的稳定性。通过数值模拟，可以模拟边坡在不同荷载条件下的应力分布、变形情况和破坏机制。借助边坡稳定性分析软件，可以进行不同支护方案的对比分析，评估其对边坡稳定性的影响，并确定最佳的组合支护形式。

有限元法(Finite Element Method)可以模拟不同类型的支护结构和荷载情况、提供详细的应力和变形分析结果。

边坡位移法(Limit Equilibrium Method)简化边坡稳定性分析、适用于快速评估、可以考虑不同的土体参数和边坡几何特征、提供稳定性安全系数和滑动面的分析结果。

离散元法(Discrete Element Method)能够模拟边坡的颗粒间相互作用和断裂行为、可以研究边坡的动力响应和振动特性、适用于非均质土体和复杂边坡形状[2]。

1.2 高边坡稳定性评价指标与方法

1.2.1 极限平衡法与强度折减法

极限平衡法和强度折减法是常用的高边坡稳定性评价方法，它们在边坡稳定性分析中发挥着重要的作用，表1对这两种方法进行了比较和分析。从表中可以看出，极限平衡法和强度折减法各有其优缺点。极限平衡法简单直观，适用于初步评估和快速判断边坡稳定性。然而，由于其假设的理想塑性体模型和无法考虑强度折减和变形特性，其结果可能存在一定的偏差。相比之下，强度折减法能够更准确地考虑土体的强度折减和变形特性，对于较为详细和精确的边坡稳定性分析和设计更为适用。

表1 极限平衡法与强度折减法优缺点

1.2.2 灰色关联分析与模糊综合评判法

灰色关联分析是一种基于灰色系统理论的评价方法，可以应用于边坡稳定性评估中，能够在考虑不确定性和模糊性的情况下，对多个影响边坡稳定性的因素进行综合评价。在灰色关联分析中，首先需要确定评价对象和评价指标。评价对象可以是边坡的不同部位或不同工程方案，而评价指标可以包括地质条件、边坡坡度、地下水位等因素。然后，根据各评价指标的数据，进行数据预处理，以消除数据之间的差异和不确定性。利用灰色关联度的概念，计算评价对象之间的关联度。灰色关联度是通过比较各评价对象的发展趋势和关联程度，来确定它们之间的关系强度。通过关联度的计算，可以找到边坡稳定性与各评价指标之间的关联关系，进而评估不同评价对象的边坡稳定性。

另一种常用的方法是模糊综合评判法，是基于模糊数学理论的一种评价方法。该方法通过建立模糊评价矩阵，将不同评价指标的模糊评价结果进行综合，得出对边坡稳定性的模糊评判结果。模糊综合评判法将各评价指标的模糊评价结果进行加权求和，得出边坡稳定性的综合评价值。权重的确定可以通过专家经验或数理统计方法进行，以反映各评价指标对边坡稳定性的重要程度[3]。

2 组合支护形式选择与设计

2.1 组合支护形式分类与特点

2.1.1 刚性支护形式

刚性支护形式是一种常用的组合支护形式之一，主要通过刚性结构来增加边坡的抗滑和抗倾覆能力。常见的刚性支护形式包括混凝土墙、钢筋混凝土梁、钢筋网片等。混凝土墙可以通过预制或现浇混凝土构筑物来加固边坡，具有高强度和刚度，能够有效抵抗边坡土体的滑动和变形。此外，混凝土墙还具有耐久性和抗腐蚀性，适用于各种地质条件。钢筋混凝土梁通过在边坡上设置水平或倾斜的钢筋混凝土梁，可以增加边坡的整体稳定性，具有较大的抗弯刚度和承载能力，能够有效分担边坡土体的荷载，减少土体的滑动和变形。钢筋网片是在边坡表面铺设钢筋网片，形成网片-土体复合体系，具有较高的抗拉强度和刚度，能够有效抵抗边坡土体的滑动和破坏。此外，钢筋网片还具有透水性和排水性能，有助于减小边坡内部的水压力和渗流量。

2.1.2 柔性支护形式

柔性支护形式通过利用具有一定延展性和变形能力的材料或结构，能够适应边坡的变形和应力分布，提供稳定性和抗滑能力。柔性支护形式的典型代表包括植被覆盖、格室梁、护坡网等。植被覆盖作为一种自然的柔性支护形式，通过种植植被覆盖边坡表面，可以有效地减少水土流失和边坡侵蚀，增加边坡的抗滑能力和稳定性。格室梁是一种由格栅和梁构成的柔性支护结构，可以分散地震和水力荷载，减轻边坡应力集中，提高边坡的稳定性。护坡网则是一种用于固定边坡土体的柔性网状结构，通过与土体相互作用，形成整体的抗滑结构，增强边坡的稳定性和抗滑性能。柔性支护形式的选择与设计需要考虑边坡的地质条件、工程要求以及材料的性能特点。同时，柔性支护形式还需要与其他支护形式进行组合应用，形成综合的支护体系，以达到更好的稳定性和抗滑效果。在实际工程中，根据边坡的具体情况和工程要求，可以灵活选择不同的柔性支护形式，并进行合理的布置和尺寸设计。

2.1.3 半刚性支护形式

半刚性支护形式是一种介于刚性支护和柔性支护之间的支护形式，在高边坡工程中具有重要的应用价值。相对于刚性支护形式，如混凝土墙和钢筋混凝土桩等，半刚性支护形式在适应边坡变形和地质条件方面更具灵活性。而与柔性支护形式相比，半刚性支护形式具有较高的刚度和抗滑能力。半刚性支护形式的典型代表是锚杆网片支护和钢筋网片支护。锚杆网片支护通过在边坡内部设置锚杆和网片，形成一个整体的锚固系统，能够有效抵抗边坡的滑动和变形。钢筋网片支护则采用钢筋网片与锚杆结合的方式，形成一种刚性与柔性相结合的支护结构，具有较好的整体刚度和变形能力。半刚性支护形式的选择与设计需考虑多个因素，包括边坡的地质条件、变形特性、设计要求等。在选择半刚性支护形式时，需要对边坡的变形行为进行详细分析，确定支护结构所需的刚度和变形能力。同时，还需要考虑支护结构与周围环境的协调性，确保支护系统与边坡之间的良好衔接。

2.2 组合支护形式选择原则

2.2.1 地质条件与边坡性质

在选择适当的组合支护形式时，地质条件和边坡性质是两个关键因素，表2用于对地质条件和边坡性质进行分析和比较。可以看出，综合考虑地质条件和边坡性质对组合支护形式的影响。例如，在岩石类型边坡中，由于岩石的较高强度，刚性支护形式如钢筋混凝土护坡墙和挡土墙可能更为适用。而在存在断裂和节理的边坡中，可以考虑采用刚性支护形式如锚杆网和锚索支护来增加边坡的稳定性。

表2 地质条件与边坡性质对支护形式影响

2.2.2 支护结构适用性与可行性

首先，地质条件是支护结构选择的重要考虑因素。不同地质条件下的高边坡存在不同的稳定性问题，如土质边坡、岩质边坡或岩土混合边坡等。对于不同类型的边坡，需要选择适应其地质特点的支护结构。例如，在土质边坡中，柔性支护形式如土工格栅和土工布等可以提供较好的抗滑性能；而在岩质边坡中，刚性支护形式如锚杆和喷锚网等可以提供较好的抗剪强度。其次，支护结构的可行性也是一个重要考虑因素。支护结构的设计和施工要考虑到工程的实际情况和限制条件，如工程预算、施工时间、现场操作条件等。选择的支护结构应符合工程的可行性要求，能够在实际施工中得到有效实施和控制。例如，在有限的工程预算和时间限制下，选择简化施工工艺和易于操作的支护结构可以提高施工效率和降低施工成本。

3 结语

通过对高边坡的地质条件进行分析、边坡稳定性评价方法的探讨以及组合支护形式的选择与设计，发现高边坡工程的稳定性是确保工程安全和减少地质灾害风险的关键因素。传统的单一支护形式难以满足高边坡的要求，因此组合支护形式的应用具有重要意义。通过优化支护设计方案，可以提高工程的抗滑能力和承载能力，同时降低施工成本和周期，不仅有助于提高工程的经济效益和可持续性，还推动了边坡工程领域的技术进步。