岩土工程边坡的稳定性及其设计分析

龙文武

贵州省铜仁公路勘察设计院有限公司 贵州 铜仁 554300

目前我国岩土工程边坡支挡措施存在着一定的不足，特别是在岩土边坡稳定性控制方法上，需要进一步进行优化与改进[1]。岩土边坡稳定性的控制效果达不到设计的预期要求，可能导致岩土工程的整体稳定性安全储备不足，从而导致岩土边坡工程存在一定的安全隐患[2]。勘察设计单位应该强化岩土边坡勘察作业，收集真实的一手资料，选用合理的岩土边坡稳定性分析方法，有效掌握岩土边坡地质结构的变化特点和规律，设计合理的边坡支挡方案，全面保障岩土边坡的安全性，同时使工程建设的安全性、耐久性得到了保障。

1 岩土工程边坡稳定性分析

分析和研究岩土边坡稳定性能够为工程建设提供可靠的地质条件参考数据，帮助工程设计人员提供合理的勘察设计方法，保障设计与实际情况相符合。目前我国岩土边坡稳定性分析主要使用定性分析法、定量分析法和随机分析法，不同的分析方法针对的内容存在差异，因此需要根据岩土边坡的具体特点和实施的设计方案进行详细分析[3]。本章将对这些方法的具体应用方式进行分析和研究。

1.1 定性分析法

定性分析法明确了分析的对象和内容，有着严格的分析程序，分析结构可靠性较高。定性分析法主要研究了岩土边坡的历史形成因素和条件等，通过特定的分析方法获得岩土边坡的各项数据，结合这些数据总结岩土边坡的特点和变化规律。定性分析法主要包括历史成因分析法、地质对比分析法、赤平极射投影法以及专家系统分析法。历史成因分析法的研究内容主要包括两项，一是研究边坡地质结构特征和边坡构造，二是研究边坡坡形、坡高、坡体变形情况[4]。从研究内容来看，历史成因分析法更适合自然斜坡，由于这类斜坡形成过程很少受到人为干扰，所以能够通过岩土边坡的结构特点等掌握岩土边坡的变化规律，为工程建设提供可靠的岩土设计参数；地质对比分析法的重点是对各类岩土边坡结构特点进行对比，通过研究岩土边坡的相似性掌握各类岩土的特征。例如，两个工程建设区域的岩土边坡在结构方面存在着很强的相似性，说明岩土边坡的性质可能存在相似性，设计时可以提前制定预防措施，避免岩土边坡出现塌方的问题。这种研究方法的优点在于通过总结岩土的结构和组成特点对具有相似结构和组成的岩土稳定性进行研究，从而为工程设计提供更多可靠的参考；赤平极射投影法的主要研究对象是岩土边坡的不稳定结构，一些岩土结构内部可能存在应力作用，在应力作用下岩土内部发生形变，边坡开挖时岩土结构稳定性被打破，岩土内部应力释放，导致岩土边坡发生崩塌，从而带来安全威胁，通过这种方法分析岩土结构的受力特点，将岩土受力结构进行建模，结合受力特点制定边坡支挡方案，可以有效防止边坡出现塌方与滑坡；专家系统分析法是一种基于计算机系统的分析方法，这种方法的优势是通过计算机对岩土边坡结构和受力特点等进行建模，计算机系统能够将岩土边坡的三维应力模型展示，岩土工程设计人员结合三维模型设计施工方法，并在计算机中模拟施工方法，并不断改变施工方法，做到动态设计，这种分析方法的优势在于能够通过计算机发现岩土结构中存在的不稳定性因素，采取措施对岩土边坡稳定性进行控制。

1.2 定量分析法

定量分析法更适合对岩土边坡的具体条件进行研究，进一步分析和获得岩土的性质。这种方法的特点通过各类计算方法对岩土条件数据进行计算，分析计算结果后总结岩土的性质。定量分析法主要包括极限分析法、平衡分析法、数值分析法。极限分析法研究的重点内容是岩土在极限状态下的刚塑性特点，例如在外界应力不断提升的条件下岩土结构稳定性达到极限平衡，在降水天气下受到水流影响后岩土能够承受的最大应力等。研究时经常将岩土放置于极限状态下，收集不同条件下岩土的稳定性参数。极限分析包括下限和上限，这是确定岩土稳定性范围的重要指标，掌握岩土边坡承受荷载达到极限后，岩土工程设计人员可以对岩土边坡形态进行动态调整，使岩土边坡能够保持在稳定的状态下，避免其发生形变并带来安全问题；极限平衡分析法的研究重点是岩土在各类工况环境下的稳定性，如强降雨天气、高寒气候或大风天气等，这些研究是长期性的，需要收集的数据也很多，研究时常用的方法有瑞典条分法、简布法、简化毕晓普法和斯宾塞法等，这些分析方法适用的条件不同，研究的对象也不同。但是总体来看，这些分析方法对于工程建设人员掌握岩土的具体性质发挥了关键的作用；数值分析法是一种传统的分析方法，但是在现代技术支撑下得到了优化。计算机技术发展推动了数值计算理论的发展，数值分析法的重点是通过研究岩土各项数据指标总结岩土边坡稳定性，这种分析方法的优势是分析结果准确性高、分析效果好，能够避免人为计算错误。商散元法、拉格朗日法、有限单元法和不连续变形分析法是分析数值过程中常用的方法，这些方法的组合应用可以获得良好的分析结果，通过这些分析结果调整岩土边坡的设计方案，从而更好为工程施工服务。

1.3 随机分析法

随机分析法是研究岩土边坡的不确定性质的一种方法，这种方法需要借助于计算机设备进行操作，在计算机分析模型中输入相关数值，系统能够模拟岩土边坡可能出现的随机性的问题，从而为工程设计提供稳定的岩土性质参数。随机分析法主要包括可靠性分析法、模糊分析法、建模分析法和灰色预测分析法。可靠性分析法是对岩土结构可靠性进行研究的一种方法，这种方法的核心是随机取样，持续研究岩土的稳定性，分析和预测岩土结构可能发生的问题。该方法可以预测岩土边坡形变规律，将岩土形变带来的影响降低，进一步确保岩土工程的安全性。岩土结构安全系数研究是可靠性分析的关键，通过对大量的岩土数据进行解析，能够发现岩土结构可能存在的安全隐患问题，结合相关问题形成原因制定解决措施，这样能够有效地预防岩土安全事故发生。模糊分析法也是一种用于预测岩土结构稳定性的方法，上世纪80年代模糊分析法出现西方国家，研究人员将这种方法应用在岩土性质研究方面，该方法的优势在于计算机能够对大量数据进行数理，通过对比数据找出同类岩土结构变化的差异，进而掌握岩土的主要变化规律。模糊分析法主要通过概率假设、双状态假设和猜想的方法预测岩土变化规律，这种方法是基于大量岩土变化规律数据的分析方法，通过比对大量数据分析这些数据的差异性，然后进行建模分析，获得可靠的猜想数据；建模分析法也是一种智能化的分析方法，这种方法主要用于岩土内部结构变化分析，例如岩土内部结构空洞分析，计算机能够将岩土性质数据转化为岩土结构模型，并将岩土内部结构通过三维的模型展示，人们通过观察岩土三维结构模型能够对岩土产生进一步的了解，如果发现岩土存在空洞，可以采取预防措施，避免岩土出现塌方，这种方法的优势是工程设计人员能够在立体的模型中对岩土的特点和变化规律进行分析，设计合理的实施方案，将岩土结构不稳定带来的影响降低；灰色预测分析法是一种通过灰色预测系统进行分析的方法，这种方法能够经岩土结构数据之间的关联系找出，通过岩土结构关联性获得岩土变化的具体情况，然后将各个影响因素放在一起进行综合考虑，总结岩土的性质和结构特点，并对各项影响因素可能带来的后果进行预测，帮助岩土设计人员更好地对岩土边坡设计方案进行优化。

2 岩土工程边坡稳定性设计

岩土工程边坡稳定性分析、计算关系到工程实施的安全和质量，因此必须合理地对岩土边坡进行控制。目前岩土工程中主要采取加固和防护两种方法对岩土边坡结构进行控制，提升岩土边坡的稳定性。防护方法主要应用于稳定边坡中，这类边坡的地质结构稳定，应力分布均匀，很少发生形变。而加固方法则用于边坡缺乏稳定性的岩土中，加固的方法不同，加固的效果也不同。除了这些防护措施之外，目前研究人员也在研究生物控制方法，旨在通过更为有效的方法对岩土边坡进行设计，提升岩土边坡的稳定性。本章将对加固和防护这两种控制方法的应用进行分析和研究。

2.1 加固设计方法

加固方法在一些岩土地质结构缺乏稳定性的环境下应用，这类岩土一般非自然形成或自然形成过程中受到外界因素影响较多，内部无法形成牢固的整体，或岩土颗粒自身不具有稳定性，因此需要采取加固的处理方式进行处理。加固处理主要包括抗滑桩设计、预应力锚索设计、加固锚设计等。抗滑桩设计方法主要针对容易发生滑坡的松散岩土，将抗滑桩放置在稳定的岩土内部，能够防止边坡下滑，起到良好的加固效果。抗滑桩主要由钢筋和混凝土组成，使用不同数量的钢筋和不同等级的混凝土能够起到不同的抗滑作用，在不同坡度和面积的岩土边坡使用的抗滑桩尺寸也不同。抗滑桩设计方法的优势是能够起到良好的抗滑作用，但是造价高投资较大。在边坡滑坡治理工程中，锚索抗滑桩应用相对较为广泛，这种方法是通过锚索和抗滑桩组合的方式进行加固，可以防止岩土发生大规模的塌方，比抗滑桩承载能力更强，缺点也是需要投入大量的资金。除了以上的设计方法外，还可以使用抗滑桩和贴板组合，这种方法可以起到良好的抗滑效果，而且能够阻挡小型的碎石等滑落。预应力锚索设计方法是一种处理单斜构造岩石边坡的加固设计方法，可以对岩石边坡起到良好的防护效果，提升岩石边坡的稳定性，降低岩石滑落带来的威胁。预应力锚索设计方法的缺点是无法计算出落石下落后对锚固体张拉力的大小，如果落石产生的应力作用过大，可能导致锚索结果受到损坏，因此设计前需要对岩土边坡进行勘察，掌握岩土的主要特点，设计时按照最大应力条件进行设计。锚索锚固段一般都是与岩体连接，在稳定的岩体中进行加固，利用锚索和岩体之间的应力作用实现加固。施工时需要在岩体中进行钻孔，然后将锚索插入孔位中，使用水泥砂浆进行注浆加固处理，使锚固体和地层能够形成良好的连接。这种方法利用了岩体的自然优势，如果岩土发生大规模的塌方，锚索也能减缓塌方速度，从而降低塌方带来的损失。锚索加固方式有多种，其中一种是通过锚杆和钢索进行加固的方法，这种方法主要应用于一些存在落石的岩土中，在岩土边坡的下方安装加固锚网，锚杆使用高强度的刚性材料，钢索使用韧性较强的材料，将钢索安装在锚杆上，形成网状结构，如果出现落石锚网能够将落石阻拦或减缓落石的速度，防止落石带来安全事故。

2.2 防护设计方法

防护设计方法的作用是防止岩土边坡出现塌陷，在一些岩土性质稳定的环境下应用广泛。防护需要借助于各类高强度的防护材料，这些防护结果通常被用在岩土的表面或下部区域，不同设计方法起到的防护效果也不同。网格护坡防护、混凝土护坡防护和生物防护方法非常常见，选择具体的防护方法时应该根据岩土边坡的特点进行设计。网格护坡是在岩土边坡上设置网格防护装置，网格材料有绳索、钢索等，绳索等主要在一些土质环境下应用广泛，能够防止岩土表面的土层掉落，钢索防护装置主要用于一些存在岩石较多的边坡中。此外，也可以在岩土边坡中安装网格体，将岩土边坡分割成多个分布，在其中种植一些绿色植物，通过植物的方法进行防护，也能起到很好的绿化防护效果；混凝土护坡设计方法在风化严重的岩土边坡防护中应用广泛，一些护坡长期受到风蚀、水浸和日晒，结构发生变化，受到外力作用后发生塌陷，针对这种地质结构，一般使用混凝土喷射方法处理，将搅拌好的混凝土喷射到岩土边坡表面，凝固后形成坚硬的外壳，能够避免岩土边坡继续受到风化，从而形成良好的防护。这种处理方法适合岩石结构比重较大的护坡，不适合用于一些土质的岩土边坡，处理时应该格外地注意这一事项。生物防护法方法应用广泛，这种处理方法的核心是利用植物加固岩土边坡，在岩土边坡周边种植一些环境适应力强的植物，从而形成防护。防护植物一般以根系发达的植物为主，这些植物的根系能够深入到岩土内部，在岩土边坡内部形成网状的结构，从而提升岩土边坡的稳定性。此外，有时也会使用一些灌木植株，这些植物的特点是低矮，但是分布较为密集，能够将岩土边坡的表面覆盖，出现降水天气后能够将水分锁住，避免岩土边坡在雨水的冲刷下发生滑坡问题，提升岩土边坡的稳定性。

3 结束语

总而言之，岩土工程对于我国工程建设行业的发展有着重要的意义，研究岩土边坡的结构和变化特征能够为工程建设领域提供可靠的岩土边坡数据，从而结合岩土边坡的特点制定防护或加固措施，提升岩土边坡的稳定性和安全性，保障工程建设质量。对岩土稳定性进行分析需要掌握岩土的基本结构数据，并通过各种分析模型进行分析，预测出岩土可能发生的结构问题，结合相关问题制定解决方案。因此岩土工程技术人员应不断强化对岩土边坡特点和运动规律的研究，通过研究其特点和运动规律为工程建设提供可靠的岩土数据。