高速公路路堑边坡稳定分析及治理方法综述.docVIP

PAGE 高速公路路堑边坡稳定分析及治理方法综述 赵 欣,杨泽平 (东华理工大学土木与环境工程学院, 江西 抚州　344000) 摘 要：路堑边坡失稳是高速公路主要病害之一，研究边坡稳定性及治理方法，对保障公路运 输安全、人民生命财产和促进可持续发展具有重要意义。通过概述高速公路路堑边坡的特点、 破坏形式，进一步对边坡稳定性分析及治理方法进行了综述，以促进我国高速公路建设向“生 态高速公路”方向发展。 关键词：道路工程；高速公路；路堑边坡；稳定分析；治理方法；可持续发展 0 前 言 从20 世纪 80年代开始,我国高速公路建设飞速发展, 截至2008年底，中国高速公路通车总里程已突破5万km，居世界第二，规划的“7918” 国家高速公路网总里程大约8.5万km，所以当前和下一阶段是我国高速公路建设的关键时期。在高速公路向山区和西部延伸的同时，不可避免的会开挖路堑边坡,破坏原有的应力平衡，扰动岩土体结构，破坏自然植被和生态平衡。江西省境内山区丘陵地带分布较广，降雨量大，岩土体类型多样，地质环境较为复杂，如果在建设高速公路过程中对高边坡缺乏综合考虑、处理不当，就会延误工期、造成浪费,破坏生态环境。因此，深入研究高速公路边坡稳定性及治理技术具有重要意义。 1 概 述 高速公路路堑边坡具有稳定性要求高、重视环境协调与美化、永久使用、破坏形式多样、随路线延伸有区域性等特点。具体破坏形式有滑坡、崩塌、泥石流、错落、流坍、冲刷、剥落等，其中滑坡、崩塌、泥石流对公路运输威胁较大，称为山区公路三大病害。促使公路路堑边坡失稳的因素可归纳为自然和人为两大类，自然因素主要包括岩土性质、岩体结构及地质构造、水的作用（降低坡体抗滑力、增加下滑力，故有“十坡九水”之说）、地形地貌、地震等。人为因素包括开挖坡脚、堆填加载、施工爆破、乱砍滥伐等。 2 边坡稳定分析的历史及现状 边坡稳定分析的发展可分为5个阶段，即早期借助古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重稳定性描述与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后以数值模拟、模型试验为主的半定量分析阶段和90年代后的现代边坡工程学阶段。近年来各种现代科学理论如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计论、耗散论、突变理论等用于边坡研究，为边坡稳定研究提供了新方法，边坡稳定性研究呈现出各种传统方法不断完善和新方法不断提出的局面。目前边坡稳定分析方法可分为三大类[7]。 2.1 定性分析法 定性分析主要是通过工程地质勘察和其他调查方法，对边坡稳定主要影响因素、可能的变形破坏方式进行分析，对已变形地质体的成因及其演化史进行分析，从而给出被评价边坡稳定状况及可能发展趋势的定性说明。定性分析的优点是能综合考虑多种影响因素，快速对边坡的稳定状况及发展趋势作出评价，具体有以下几种： 2.1.1成因历史分析法 该法通过对边坡的地质环境、水文地质条件、发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素进行综合分析,追溯边坡演变的全过程,对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域特征作出定性评价和预测，主要用于天然斜坡的稳定性评价,是其它分析方法的基础。 2.1.2工程类比法 该法是将所要研究的边坡与已经研究过的天然斜坡或人工边坡进行类比，以评价其稳定性及可能的变形破坏方式，确定其坡角和坡高。工程类比法具有经验性和地区性的特点,是目前常用的一种方法。 2.1.3赤平投影图解分析法 该法基于赤平投影，可以表示出可能滑移面与坡面的空间关系及其稳定性，具体有角投影法和等面积投影法等。 2.1.4专家系统法 即边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序，它把多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等有机地组织起来,建成一个边坡工程知识库,并进行推理和决策,对所研究的边坡进行分析评价，专家系统法可以节省时间,降低工程费用。 2.2 定量分析法 2.2.1极限平衡分析法 建立在摩尔-库仑强度准则、安全系数定义和静力平衡条件基础上，把滑体作为刚体只考虑滑面的极限平衡状态，不考虑滑体岩土体的变形和破坏。主要优点是历史长、计算简便、计算结果较稳定，缺点是把滑体作为刚体处理,不能真实反映内部的应力-应变关系,但总体来说是一种较成熟的方法，具体有瑞典圆弧法、简化Bishop法、Janbu法等。 2.2.2数值分析法 该方法通过应力、应变分析求解边坡的极限荷载，既可用于连续介质,也可以应用于不连续介质。目前常用的数值方法有边界元法、有限元法、离散元法、无界元法及快速拉格朗日法。 2.2.3塑性极限分析法 运用了塑性力学中的上下限定理，考虑完全塑性应力-应变关系。上限法也称能量法,通常需假设一个滑裂面,土体视作刚塑性体,然后构筑一个协调位移