高边坡稳定性分析与边坡加固论文

高边坡稳定性分析与防护加固

摘要：高边坡发生破坏失稳是一种复杂的地质灾害过程, 由于边坡内部结构的复杂性和组成边坡岩石物质的不同, 造成边坡破坏具有不同模式。对于不同的破坏模式就存在不同的滑动面, 因此应采用不同的分析方法及计算公式来分析其稳定状态。同时本文在工程地质状况和边坡稳定性分析验算的基础上，对高速公路边坡加固工程中的理措施方案加固原理、施工工艺和其它防护措施进行了详细阐述，并对处理效果进行了简要评价。

关键词：关键词1：边坡防护；关键词2：加固；关键词:3：处理措施

1、概论

边坡稳定性分析一直是岩土工程的一个重要研究内容。目前边坡稳定性的分析评价方法多种多样, 大体上可以将它们分为确定性分析方法和不确定性分析方法两类。尽管这些评价方法已经得到广泛应用, 但由于边坡稳定性受多种因素影响, 且各影响因素又具有复杂性和不确定性(如模糊性、信息的不完全性和未确定性, 因此确定性分析方法的分析结果与实际不能完全吻合, 而不确定性分析方法的准确性与实际情况之间又存在差距。目前,我国正大规模的开展基础设施的建设, 这为边坡工程的研究创造了良好的条件, 同时也需要加强对边坡工程稳定性分析评价方法方面的研究, 以指导工程的设计与施工。

2、边坡稳定性方法分析

2.1 确定性分析方法

2..1 1 极限平衡理论

极限平衡理论的主要思想是将滑动土体进行条分, 根据极限状态下土条受力和力矩的平衡来分析边坡的稳定性。根据对平衡方程组增设的边界条件不同, 又分为如下几种方法。

瑞典条分法：该法假定滑裂面为圆弧面,不考虑条间力, 其安全系数为滑裂面上的抗滑力矩与滑裂面以上土体的滑动力矩之比, 用总应力法求得给定滑裂面的安全系数, 再经反复试算比较确定出边坡的最小安全系数。

简化毕肖普( Bishop )法：该方法假定条间力水平, 即只考虑水平推力而不考虑竖向剪力, 故安全系数为整个滑裂面的抗剪强度与实际剪应力之比, 然后

用试算- 迭代法求得边坡的最小安全系数。

简布普遍条分法：简布法假定滑体中推力线已知, 利用力矩平衡条件把条间竖向剪力表示成水平推力的函数, 适用于最一般的情况。利用该法不仅可求出滑裂面平均安全系数及应力分布,还可求出各分界面上的抗剪安全系数作为校核。

其它极限平衡计算方法：斯宾塞法( Spen2cer)、摩根斯坦(Morgenstern) ) 普赖斯( Price)法、沙尔玛法( Sarma)以及不平衡推力传递法都属于极限平衡计算法。这些方法以极限平衡理论为基础, 通过力的平衡条件来分析边坡稳定性, 没有考虑材料应力，应变关系, 所得安全系数只是假定滑裂面上的平均安全度, 求出的条间力和滑条底部反力也不是产生滑动变形时真实存在的力, 故均有待

改进。

2.12 塑性极限分析和模糊极值理论

1952年, 杜拉克(Drucker)和普拉格( Prager)提出塑性极限分析法[ 2] , 其最大优点是考虑了材料应力) 应变关系, 并利用极限状态时自重和外荷载所

做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件, 结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。由于塑性极限分析所得的解为浮动于某一范围的模糊极值解, 所以孙君实提出了滑动机构的概念,并证明了给定滑动机构的耗散功能定理, 即滑坡极限分析的极大值定理。将该定理/模糊化0得到给定滑裂面安全系数的模糊极大值定理, 再把极大的概念模糊化为滑体内力状态的模糊状态

条件, 并构造模糊函数和模糊约束条件, 提出安全系数的模糊解集和最小模糊

解集的概念, 从而建立土坡稳定分析/极大中极小0问题的模糊极值理论。这一理论使长期以来条分法研究在假定多余未知函数方面存在的随意性问题得到了较

好的解决。

2.13 有限单元法

塑性极限分析法和模糊极值理论考虑的是土体完全塑性时的应力) 应变关系, 故无法考虑土体的实际非线性应力) 应变关系, 更无法分析稳定性随变形

而发展的实际情况。D. V. 格里菲恩等人对有限元法和极限平衡法在二维条件下计算获得的边坡安全系数作了各种数值比较, 并得出结论: 在估算边坡安全系

数方面, 采用弹塑本构模型的有限元法是一种值得信赖的方法。用该方法可对二维或三维范围内的边坡安全系数进行预测, 即利用有限单元法,考虑土的非线性

本构关系, 求出各单元的应力及变形后, 便可以根据不同强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况, 并设法将局部破坏与整体破坏联系起来, 求得合适的临界滑面位置, 再根据力的平衡关系推得整体稳定的安全系数。

2 .2 不确定性分析方法

边坡稳定性工程地质评价是一项复杂的综合评价过程, 其复杂性主要表现在: 系统规模较大; 评价指标的类型以及度量标准不同; 指标的描述方式不同(有定性、半定量、定量多种形式); 评价信息往往不完整。由于边坡本身物质组成的复杂性、多样性以及众多的影响因素, 人们难以用确定性分析方法对它进行精确的描述, 因而其研究方法从确定性分析方法发展到不确定性分析方法, 并且为了克服边坡稳定性工程地质评价的随意性和不确定性, 人们尝试应用数学方法对整个评价过程进行定量或半定量描述, 并获得了较大进展, 如: 模糊综合评价、灰色分析理论、信息量模型法、数量化理论方法以及定量表格法等等。

2.2 1 模糊综合评判方法

不同的边坡有不同的内部构造和不同的地质作用, 处于不同的应力、变形状态; 同时不同类型的边坡其稳定性影响因素也各不相同, 如土质边坡, 其稳定性主要取决于土体性质与地下水活动情况。这些不同的影响因素对边坡稳定性的影响程度是不同的, 分属不同的层次和类别。为了便于区分各因素在总的评判中的地位和作用, 对每一个因素赋予不同的权值。为了更全面地考虑所有因素的影响, 可以采用二级综合评判模型。模糊综合评判的主要思路是, 首先建立评判因素集, 如对土质边坡可建立评判集为: (土的粘聚力, 土的天然容重, 地下水影响系统, 坡高, 总坡度和内摩擦角); 建立权重值, 根据评判因素的重要程度, 赋予每类因素以相应的权值;

2..2 2 灰色分析理论

灰色系统理论提出了一种新的系统分析方法。该方法可在不完全的信息中, 对所要分析研究的各因素, 通过一定的数据处理, 在随机的因素序列间,找出它们的关联性, 发现主要矛盾, 找到主要特性和主要影响因素。用于边坡稳定性评价的参数,其实测值或者统计值均存在着主观和客观的不确定性, 各指标值所反映的岩土性质, 只有部分是清楚的, 而另一部分是非确知的, 都是一些灰数。

2.2 3 其它不确定性分析方法