探讨边坡岩土工程的不确定性及对策

【摘 要】岩土边坡工程是岩土工程的重要组成部分。边坡的工作状况直接或间接地影响工程建筑物的稳定、耐久和安全。本文分析了坡岩土工程的不确定因素及岩石边坡的加固方法。

【关键词】岩石；边坡工程；技术要点

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

一、岩石边坡工程勘探

1．勘察的目的、任务。（1）勘察的目的。一是查明边坡的工程地质条件，提出边坡稳定性计算参数。二是分析边坡的稳定性，预测因工程活动引起的边坡稳定性的变化。三是确定人工边坡的最优开挖坡形和坡角（坡率）。四是提出潜在不稳定边坡的整治与加固措施和监测方案。（2）勘察任务。勘察应查明下列问题：一是地貌和形态、发育阶段和微地貌特征；当存在滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象时，应查明其范围和性质。二是构成边坡岩体的种类、成因、性质和分布。当有软弱层时，应着重查明其性状和分布。在覆盖层地区，应查明其厚度及下伏基岩面的形态与坡度。三是查明岩体内结构面的类型、产状、间距、延伸性、张开度、粗糙度、充填及胶结情况，组合关系和主要结构面产状与坡面的关系等。四是地下水的类型、水位、水量、水压、补给和动态变化，岩层的透水性及地下水在地表的出露情况。五是地区的气象条件（特别是雨期、暴雨量），坡面植被，岩石风化程度，水对坡面、坡脚的冲刷情况和地震烈度，判明上述因素对坡体稳定性的影响。岩体内各岩石材料的物理力学性质和软弱结构面的抗剪强度。

二 不确定性因素

在岩土工程应用中，不确定性的主要因素归纳为以下3个方面：

2．1岩土参数

岩土参数就是边坡的岩土物理力学指标。它的不确定性很容易理解，这些参数依据时空而有显著变化，即具有空间变异性和时间变异性。尽管我们在勘察阶段采取缩短土样存放时间、严格密封等多种方法可以减少时间因素带来的影响，但我们无法克服岩土体的空间变异性必须要用统计的方法处理岩土的空间变异性和离散性。空间变异性是岩土工程所特有的，我们只有尽可能地描述它，而不能实质性地减少它。最终得到的参数也只能是通过统计学方法得到的理论值参考值，而非真值。

2．2岩土模型

模型是原型的理想化替代物，它反映原型的主要特征。对于边坡岩土分析，模型并不是唯一的，模型的不确定性由此而来。在岩土工程实践中发展起来的分析模型，就其实用性和复杂程度来说，是与人的认识水平和分析能力直接相关的。边坡岩土工程设计发展趋势是越来越多的考虑实际坡体结构的特点和性能，这就必然要求岩土工程使用越来越复杂的模型，在确定了模型后，关键还在于选取合理的数值计算方法，如：有限单元法、有限差分法、极限分析法、通用条分法、滑移线法、边界元法、离散元法、拉格朗日元法、流形元法、非连续变形分析法、半解析法等，各种方法都有其优缺点及适用条件，可以单独使用，也可以联合使用。而实践中，设计者大都选择与实际岩土特征类似的经典岩土体计算模型及数值计算方法。

2．3岩土工程中的人为因素

设计的若干个比较方案中，必须选出实际要实施的方案。最佳方案的确定是一个人为决策的问题。从力学观点看，每个设计方案均有自身的破坏可能性和可靠指标；而从经济观点看，每个方案又需要不同的经费。由于决策者思维方式和价值观念的不同，可能会选用截然不同的方案。他们可能根据比较充分的科学事实作出决策，而有时所作出的选择只凭自己的经验和主观感觉。

三、开挖岩石边坡稳定性分析

边坡稳定性分析方法有定性分析和定量分析。定性分析是在大量收集边坡及所在地区的地质资料的基础上，综合考虑影响边坡稳定的各种因素，通过工程地质类比法或图解分析法对边坡的稳定状况和发展趋势作出估计和预测。工程地质类比法是将已有的开挖边坡或人工边坡的研究经验（包括稳定的或破坏的），用于新研究边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值、边坡的处理措施等。类比法具有经验性和地区性的特点，应用时必须全面分析已有边坡与新研究边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等。根据经验，存在下列条件时对边坡的稳定性不利：（1）边坡及其邻近地段已有滑坡、崩塌、陷穴等不良的现象存在。（2）岩质边坡中有页岩、泥岩、片岩等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。（3）土质边坡中网状裂隙发育、有软弱夹层，或边坡由膨胀土（或岩）构成。（4）软弱结构面与坡面倾向一致或交角小于，且结构面倾角小于坡角，或基岩面倾向坡外且倾角较大。（5）地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动；断层及裂隙中有承压水出露。（6）坡上有水体漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水力的强烈作用。（7）边坡处于强震区或邻近地段采用大爆破施工。

采用工程地质类比法选取的经验值（如坡角、计算参数等）仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。图解法包括赤平极射投影、实体比例投影与摩擦圆等方法。图解法用于岩质边坡的稳定分析，可快速、直观地分辨出控制边坡的主要和次要结构面，确定出边坡结构的稳定类型，判定不稳定块体的形状、规模及滑动方向。对用图解法判定为不稳定的边坡，需进一步用计算加以验证。

四、岩石边坡的加固方法

目前较为实用的方法是锚固法加固岩石边坡。岩体强度受结构面控制，结构面的抗滑能力与结构面上的正应力大小密切相关。发挥边坡岩体自身强度的有效方法是通过预应力锚杆（锚索）来增加结构面的正应力，从而使可能失稳的岩体保持长期稳定。（1）挡土结构。随着我国经济建设的飞速发展，需要修建大量的土木工程，为保证各项工程的实施与安全，大量的挡土结构在公路、铁路、水利、港口、矿山、工业与民用建筑的土木工程中得到了广泛应用。挡土墙按断面的几何形状及受力特点，常见的型式有：重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚碇板式、土钉墙、加筋土挡墙、桩板式及地下连续墙等。各种挡土墙都有其特点及适用范围，在处理实际挡土工程时，岩土工程师们必须能对可能提供的一系列挡土体系的可行性作出评价，选取合适的挡土结构型式，做到安全、经济、可行。下面介绍重力式挡土墙、锚杆挡墙与锚钉墙、锚碇板挡墙、加筋土挡墙、桩板式挡墙的有关知识。（2）浆砌片石与干砌片石护坡。对于高速公路路堤边坡、桥台、铁路边坡坡面，土石坝坝面，河岸、海岸坡面等自然或人工边坡面，为防止雨水冲刷，风力、生物活动等对边坡表面的侵蚀破坏，需对这些边坡进行人工护坡，护坡根据需要可采用草皮、土工织物、混凝土薄块、片石等多种形式。最常用最古老的方法是采用片石护坡，其优点在于可就地取材、结构简单、施工方便、技术要求低。片石护坡根据缝之间是否用砂浆可分为浆砌片石护坡与干砌片石护坡两种。浆砌片石护坡是指用片石通过砂浆铺缝砌筑而成的护坡形式。它适合于坡面土质较差及某些有特殊要求坡面的护坡。干砌片石护坡是指将片石整齐地摆放在边坡的表面，缝隙之间不填筑砂浆的护坡形式；片石与片石之间是存在缝隙的，坡面片石没有整体强度，不能阻止坡面水进入片石下土体。它适合于坡面土质较好的压实粘性土，片石下要先铺设一层粗砂作为反滤层。

五、总结

根据开挖和其它工程所揭示的工程地质条件对设计的岩土力学力学模型和相关参数不断修正完善，真正实现动态设计与施工，这样才更适应边坡岩土工程的特点，能更安全、高效地完成工程的设计施工，所以说“动态设计与施工”是消除边坡岩土工程不确定性的有效对策。

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