山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性影響因素研究★

金 建 立

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院,西藏 林芝 860000)

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·道路·鐵路·

山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性影響因素研究★

金 建 立

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院,西藏 林芝 860000)

歸納了山區(qū)公路邊坡的類型，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境兩個(gè)角度，分析了影響山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性的因素，有助于認(rèn)清邊坡的破壞形式與破壞原因，為工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

山區(qū)公路，邊坡，穩(wěn)定性，巖體結(jié)構(gòu)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各級(jí)公路的建設(shè)速度也在快速增長(zhǎng)之中，西部山區(qū)的公路建設(shè)速度和等級(jí)都得到了明顯的提升。在山區(qū)的公路建設(shè)當(dāng)中，由于地形的限制，為了滿足一定的經(jīng)濟(jì)及公路技術(shù)指標(biāo)的要求，使平曲線和豎曲線完美結(jié)合，就會(huì)產(chǎn)生大量的挖方及填方工程。

地表面的巖土在自重及外部載荷的長(zhǎng)期作用下，本已達(dá)到一個(gè)相對(duì)的平衡狀態(tài)，但在工程的實(shí)際過(guò)程中，挖方及填方會(huì)破壞土體原有的平衡狀態(tài)，在施工過(guò)程中或在今后的道路運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)對(duì)公路的質(zhì)量及行車產(chǎn)生一定的安全隱患。所以，在有邊坡尤其是高邊坡的道路工程中，要對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以保證邊坡的穩(wěn)定性，避免由于邊坡的不穩(wěn)定所產(chǎn)生的危害。

1 公路邊坡

在公路工程施工過(guò)程中，不論是路堤還是路塹，為了路基的安全穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中都會(huì)修筑具有一定坡度的斜坡工程。根據(jù)邊坡的形成有無(wú)人為工程行為的不同，一般公路邊坡可以分為天然邊坡和人工邊坡兩大類，是公路工程建設(shè)中最常見的形式。邊坡失穩(wěn)滑塌的發(fā)生將對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民群眾的生命安全構(gòu)成不可低估的危害。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，公路工程建設(shè)不論規(guī)模還是質(zhì)量等級(jí)都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中工程人員能否正確認(rèn)識(shí)公路邊坡穩(wěn)定性的重要性，對(duì)公路工程的安全性具有極其重要的意義。

1.1 天然邊坡

天然邊坡是在地殼形成過(guò)程中經(jīng)構(gòu)造、外部侵蝕等條件綜合作用下形成的地表覆蓋層。這種邊坡受到自身巖性及構(gòu)造和應(yīng)力場(chǎng)等內(nèi)部因素的影響，又受雨量、溫差、地震、風(fēng)化、植被等外界條件的影響，在經(jīng)歷了長(zhǎng)期外部侵蝕作用之后，絕大多數(shù)的天然邊坡已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，在外部作用相對(duì)較小時(shí)基本不會(huì)發(fā)生破壞現(xiàn)象，安全穩(wěn)定性較高。

1.2 人工邊坡

人工邊坡是工程施工人員根據(jù)不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容和施工要求，經(jīng)開挖、堆積或構(gòu)筑而形成具有一定高度和坡度的工程結(jié)構(gòu)物，公路的高邊坡削坡和填方路堤的邊坡就是這方面的典型代表。這種邊坡由于設(shè)計(jì)及施工等因素的限制，邊坡的穩(wěn)定性相對(duì)較差。當(dāng)受到外部的載荷作用時(shí)，發(fā)生變形或破壞的可能性較大，尤其是在水的作用下或地震作用時(shí)發(fā)生破壞的可能性更大。

2 影響公路邊坡穩(wěn)定性的因素

2.1 內(nèi)部因素

1)巖土性質(zhì)。邊坡由一定的材料組成，邊坡的穩(wěn)定性受到其組成土材料物理力學(xué)性質(zhì)的影響，設(shè)計(jì)過(guò)程中不論是選擇建筑形式還是在確定建筑高度方面都不能忽略這些影響的因素。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)完整并且堅(jiān)硬的塊狀或厚層狀巖石強(qiáng)度相對(duì)較高，所形成的邊坡穩(wěn)定性也相對(duì)較好。由頁(yè)巖或其片狀結(jié)構(gòu)的巖體，巖石內(nèi)部存在一定的相對(duì)滑動(dòng)面，強(qiáng)度和整體性相對(duì)較低，在整體性相對(duì)較差的淤泥或淤泥性軟土地段或砂性土地段，材料相對(duì)比較松散，由這類土構(gòu)成的邊坡在開挖過(guò)程中難以達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，幾乎隨挖隨塌，安全性和經(jīng)濟(jì)性都無(wú)法達(dá)到讓人滿意的結(jié)果。

2)巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)也對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有一定的影響。不同的材料組成，巖體結(jié)構(gòu)對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性的影響也存在著一定的差別。比如影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的控制因素主要有巖體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面性狀及其與坡面的關(guān)系等。具體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模、連通性、充填程度及充填物成分和結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生狀態(tài)等。其中，結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生狀態(tài)與邊坡面的相互關(guān)系，是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響時(shí)著重考慮的兩個(gè)方面。

3)地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造是地質(zhì)體或地殼中的巖塊的永久性變形，是由于受到強(qiáng)烈的地質(zhì)作用所造成的變形形式。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性由于地質(zhì)構(gòu)造的不可恢復(fù)和不可逆性，在形成過(guò)程中就已經(jīng)確定。穩(wěn)定性較好的邊坡一般出現(xiàn)在地質(zhì)年代較久遠(yuǎn)、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域。邊坡變形破壞的形式和規(guī)模一般會(huì)受到其所處地段的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)等因素的影響，比如邊坡所處地段的斷層及節(jié)理等。這些都是影響邊坡穩(wěn)定性的常見因素，對(duì)這樣的特殊地質(zhì)地段進(jìn)行相關(guān)的研究分析可以確定其能否形成滑動(dòng)面，從而定性和定量的分析評(píng)價(jià)某一確定邊坡的穩(wěn)定性。

2.2 外部因素

1)水的作用。地表水和地下水都會(huì)對(duì)路基邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。地表水流沿著地面坡度逐漸由高處向地勢(shì)低處流動(dòng)，隨著水量的運(yùn)動(dòng)，水流會(huì)挾帶走地表的泥沙石塊，對(duì)地面形成相應(yīng)的侵蝕。這種侵蝕作用會(huì)破壞地面固有的穩(wěn)定，嚴(yán)重的會(huì)形成邊坡的坍塌甚至是泥石流災(zāi)害，危及行車的安全。地下水也會(huì)對(duì)邊坡形成侵害，這種破壞是化學(xué)和力學(xué)的共同作用結(jié)果。巖土體并不是絕對(duì)密實(shí)的，內(nèi)部存在大量的開口孔隙和閉口孔隙。當(dāng)這些孔隙內(nèi)部有水存在時(shí)，由于水的化學(xué)成分及其流動(dòng)性的原因，巖體中的礦物成分在遭受水的浸泡后溶于水，在這個(gè)過(guò)程之中土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而導(dǎo)致了土體自身的強(qiáng)度降低，邊坡的穩(wěn)定性也會(huì)隨之下降。尤其是當(dāng)工程土為粘性土或濕陷性黃土?xí)r，遇水軟化的現(xiàn)象更加明顯。因此，當(dāng)工程中遇到相關(guān)的情況時(shí)一定要給予高度的重視，以免發(fā)生工程坍塌等事故。

2)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。這里所指的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是指被構(gòu)造作用控制或與構(gòu)造作用關(guān)聯(lián)的外力地質(zhì)作用，像地表侵蝕、河流沖刷和地下水活動(dòng)等。工程區(qū)的水文地質(zhì)條件或邊坡形態(tài)等狀況在這些外部作用發(fā)生時(shí)往往會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致公路邊坡不穩(wěn)定性的發(fā)生。地震作為一種較為強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，由于其發(fā)生的不確定性和不可預(yù)見性，并且發(fā)生時(shí)一般比較劇烈，對(duì)邊坡的破壞作用也較為強(qiáng)烈。

3)地貌因素。道路的邊坡按斷面形式可以分為直立式、傾斜式和拆線式三種。邊坡的形式和規(guī)模對(duì)邊坡的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，邊坡在自身重力作用下往往在坡頂產(chǎn)生張應(yīng)力，在坡腳產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪應(yīng)力，并引起坡頂出現(xiàn)張拉裂縫，出現(xiàn)剪切破壞帶，這些作用力的產(chǎn)生就是邊坡發(fā)生破壞的主要因素。

4)降雨因素。降雨和地面徑流等對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有很大影響。在不同的地區(qū)大氣降雨量有很大的差別，加之不同地區(qū)的土體性質(zhì)也有很大的差別。當(dāng)受到水的作用以后強(qiáng)度相對(duì)較低的粘性土、黃土或砂性土等，穩(wěn)定性會(huì)受到破壞，相應(yīng)的邊坡也會(huì)產(chǎn)生不同程度的破壞現(xiàn)象。

5)風(fēng)化作用。邊坡土體在長(zhǎng)期的風(fēng)吹日曬、雨水沖刷、生物破壞等外界作用下，結(jié)構(gòu)受到破壞或發(fā)生變化的現(xiàn)象叫風(fēng)化作用。風(fēng)化作用使巖土的抗剪強(qiáng)度減弱，并伴隨裂隙產(chǎn)生，當(dāng)裂隙不斷擴(kuò)大后，土體透水性就會(huì)增加，從而導(dǎo)致地面水更易于浸入，最終改變地下水的動(dòng)態(tài)等，裂隙就構(gòu)成了整個(gè)邊坡巖體的薄軟地帶，隨著風(fēng)化作用的進(jìn)一步進(jìn)行，掩體的強(qiáng)度和整體性嚴(yán)重下降，從而導(dǎo)致巖土體脫落或沿斜坡崩塌、滑移等破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

6)工程載荷。在公路工程的施工過(guò)程中，為了保證道路平縱線路的合理性和經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)要求，在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的挖填方，當(dāng)挖方所產(chǎn)生的土不能及時(shí)填筑或挖方較填方較大時(shí)就會(huì)形成相應(yīng)的坡棄土。棄(石)土堆放在坡頂，不但會(huì)增加邊坡土體的下滑力，也會(huì)加大坡頂?shù)膹埨瓚?yīng)力和坡腳剪切應(yīng)力使邊坡巖土體強(qiáng)度降低，引起邊坡的失穩(wěn)。由于松散物堆積物密實(shí)度較小孔隙較大，水會(huì)很容易的沿著土體表面的孔隙進(jìn)入土體內(nèi)部，造成土體內(nèi)的孔隙水流，孔隙水的產(chǎn)生會(huì)降低土顆粒之間的粘結(jié)力，并能引起土顆粒的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生更大的孔隙，所以當(dāng)堆積物相對(duì)松散時(shí)邊坡發(fā)生破壞的可能性更大，從而嚴(yán)重地影響邊坡的穩(wěn)定性。工程車的行駛不當(dāng)也會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，所以在施工過(guò)程中，一定不能忽視工程活動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定狀況的影響作用。

3 結(jié)語(yǔ)

道路工程中不論是路堤還是路塹都有邊坡，邊坡的穩(wěn)定性對(duì)公路正常使用功能的發(fā)揮及行車安全都有較大影響。在實(shí)際工程中，認(rèn)清邊坡的破壞形式及產(chǎn)生破壞的原因，在工程設(shè)計(jì)、施工及工程的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，針對(duì)不同的情況采取相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)保證公路邊坡的穩(wěn)定具有積極的意義。

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Study on factors influencing mountainous highway slope stability★

Jin Jianli

(CollegeofHydrologyCivilEngineering,TibetCollegeofFarmingandStockbreeding,Linzhi860000,China)

The paper summarizes mountainous highway slope types, analyzes factors influencing mountainous highway slope stability from two aspects of internal structure and external structure, which will be good for knowing the slope damage forms and damage causes and provides some guidance for engineering design and construction.

mountainous highway, slope, stability, rock mass structure

1009-6825(2017)07-0119-03

2016-12-22

★:2016年西藏自治區(qū)高校青年教師創(chuàng)新支持計(jì)劃項(xiàng)目：藏東南地區(qū)公路邊坡滲流特性及穩(wěn)定性研究(QCZ2016-46)

金建立(1981- ),男,講師

U416.14

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