巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析及監(jiān)測方法分析

王余慶 （合肥工大工程試驗檢測有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

隨著時代進步，社會經(jīng)濟水平提高，巖土工程也有了進一步發(fā)展。尤其近年來，為了滿足社會發(fā)展需求，巖土工程數(shù)量不斷增多，但同時工程的施工難度不斷加大，而且還在一定程度上對巖石邊坡造成破壞，影響邊坡的穩(wěn)定性，提高危險指數(shù)。為了解決這一問題，不僅要對其穩(wěn)定性進行分析，而且還要有效監(jiān)測。

1 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性影響因素

1.1.1 外部因素

在巖土工程中，外部環(huán)境對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響。其中，影響最大的是自然降水。不同地區(qū)具有不同的氣候類型，因此其降水量也是存在一定差異的。不同的降水量對邊坡的影響也不一樣。

例如，當雨水滲透到土體中，會促使土體空隙壓力逐漸呈上升趨勢。在這種狀況下，其自身應(yīng)力是比較低的，很難確保邊坡的穩(wěn)定性，進而加大巖土工程施工難度。

同時，坡體植被對其穩(wěn)定性也具有重要影響。另外，雖然風(fēng)蝕作用對邊坡的影響不大，但它會不斷促使邊坡土層結(jié)構(gòu)面規(guī)模擴大，在這種情況下，對邊坡也會造成一定程度上的破壞。

1.1.2 內(nèi)在因素

邊坡的形態(tài)與邊坡的穩(wěn)定性是息息相關(guān)的，邊坡的坡度與其穩(wěn)定性成正比。也就是說，邊坡的坡度越陡，其穩(wěn)定性越差。另外，影響巖土工程邊坡穩(wěn)定性的因素還包括水文地質(zhì)條件，例如，徑流、水的補給等。主要是當水文地質(zhì)條件發(fā)生變化時，其地下水的富集度也會發(fā)生一定的改變[1]。因此，不僅會使結(jié)構(gòu)面與軟弱夾層的抗剪強度降低，也會提高邊坡失穩(wěn)的可能性。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法

本文主要以黃土邊坡為例，對其穩(wěn)定性進行分析和計算。

1.2.1 黃土邊坡狀況

黃土及黃土狀土的分布面積大概在64×104km2左右，具有垂直節(jié)理、大空隙特點。并且有很大一部分都屬于濕陷性黃土，已經(jīng)達到了總面積的3/4。并且其邊坡是比較陡的，受地下水因素影響比較大，邊坡的穩(wěn)定性較差，甚至已經(jīng)遭到了嚴重的破壞。

1.2.2 瑞典圓弧法

瑞典圓弧法是分析邊坡穩(wěn)定性的主要方法之一。在實際應(yīng)用中，首先根據(jù)巖土工程的實際情況，假定滑動面上方土壤劃分成n個土棒，而且該土棒是垂直狀態(tài)的。其次，在對土條間作用力忽略不計的基礎(chǔ)上，對每個土層上的作用力進行探究，進而可以了解土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。最后對其安全系數(shù)進行計算，因此還要借助計算公式K=抗滑力矩/滑動力矩，進而可明確邊坡的狀況。相對而言，該方法是比較簡單的，是比較常用的。因此在對黃土邊坡分析中，也可以運用該方法對其邊坡的穩(wěn)定性開展分析和計算。同時也可以結(jié)合簡化Bishop法進行計算，借助Flac3D對個別斷面進行驗證。例如，針對以下2組數(shù)據(jù)的邊坡穩(wěn)定性計算，第一組：斷面其平臺寬度為3-3-3-8-3-3，單級坡高為8-8-8-8-8-7.5,穩(wěn)定系數(shù)Flac3為1.45、Bishop為1.43。第二組：斷面平臺寬度為3-3-3-8-6-3，單級坡高為8-8-8-8-8-5穩(wěn)定系數(shù)Flac3為1.49、Bishop為1.53。通過對這一計算結(jié)果分析可知，其穩(wěn)定系數(shù)是比較低的，因此可以推斷黃土邊坡的穩(wěn)定性是很差的。

1.2.3 極限平衡法

極限平衡法的應(yīng)用主要是在靜態(tài)平衡原理基礎(chǔ)上進行。在邊坡穩(wěn)定分析中，不僅要了解邊坡的應(yīng)力，并且還要明確其抗滑力。在此基礎(chǔ)上，確定二者的關(guān)系，借助滑動體分塊的力學(xué)平原理進行計算。在計算過程中，十分可能遇到非靜態(tài)問題，這時就需要借助邊坡的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進行解決。雖然會在一定程度上對其分析和計算的嚴密性造成破壞，但是對邊坡穩(wěn)定性計算精度的影響并不大。

2 巖土工程邊坡監(jiān)測方法

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，邊坡監(jiān)測新技術(shù)也層出不窮，其監(jiān)測方法也呈現(xiàn)了多樣性特點。例如，聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)都在邊坡監(jiān)測中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。

2.1 邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)

邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的監(jiān)測功能，因此可以將其應(yīng)用到巖土工程邊坡監(jiān)測中?，F(xiàn)階段，邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計形式具有多種，每種形式都發(fā)揮著一定的監(jiān)測作用。本文所論述了監(jiān)測系統(tǒng)主要由自動全站儀、計算機控制機房、通訊及供電系統(tǒng)組成的，為了充分發(fā)揮該系統(tǒng)的作用。在邊坡穩(wěn)定性變形移動區(qū)外還需要設(shè)置相應(yīng)的基準點，該基準點一般有2個。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)巖土工程狀況，對基準點的方向進行科學(xué)合理的設(shè)置，為了提高監(jiān)測質(zhì)量，需要最大限度使其覆蓋整個邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測區(qū)域。與此同時，在這一過程中，還需要配上反射單棱鏡，確保其是對準監(jiān)測站的。在對邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測過程中，充分發(fā)揮了計算機的作用，也就是運用計算機相關(guān)程序?qū)ψ詣尤緝x進行有效控制，在此基礎(chǔ)上，及時采集所有基準點，通常情況下需要每隔10min的時間進行采集，獲取相關(guān)儀器狀態(tài)信息，并借助計算機存儲相應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如基準點的斜距、水平角，在此基礎(chǔ)上進行計算，以便快速推算出邊坡各個變形移動點的三維坐標，進而可對邊坡的穩(wěn)定性進行更好的了解。

2.2 邊坡雷達監(jiān)測

在科技時代背景下，雷達技術(shù)得到進一步發(fā)展和完善，在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測過程中，發(fā)揮著越來越重要的作用。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的監(jiān)測效果，主要是因為它融合了SAR技術(shù)，大大提高的監(jiān)測的精度，而且當前的邊坡雷達系統(tǒng)是比較完善的，其距離分辨率已經(jīng)達到了0.5m，作用距離在300m～2000m之間，形變測量精度為0.5mm。在進行測量時，可以通過相位變化信息反演形變信息，有利于實現(xiàn)邊坡高精度測量。在實際應(yīng)用中，需要借助邊坡穩(wěn)定雷達裝置進行檢測。在進行邊坡監(jiān)測過程中，首先發(fā)揮了邊坡雷達監(jiān)測系統(tǒng)的掃描功能，主要是掃描近毫米精度的不同邊坡，為了確保掃描數(shù)據(jù)的準確性、真實性，一般是需要進行多次掃描的。其次，運用計算機等技術(shù)對掃描數(shù)據(jù)進行搜集與整合，在此基礎(chǔ)上運用相關(guān)軟件進行數(shù)據(jù)處理工作，進而對掃描數(shù)據(jù)進行對比，以便確定邊坡位移的程度，為其穩(wěn)定性分析提供可靠的參考依據(jù)。最后，將邊坡位移變化量傳輸?shù)较鄳?yīng)的顯示器上，為了使其呈現(xiàn)直觀的畫面，最好以圖形的形式上傳，有利于從根本上提高監(jiān)測的有效性。

2.3 聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)

聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)也是巖土工程邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的重要手段之一，該系統(tǒng)主要是由傳感器與波導(dǎo)管連接的，之所以可以進行聲發(fā)射監(jiān)測，主要是因為在該波導(dǎo)管內(nèi)部安裝著一個功能齊全的壓電能機[3]。并且它還具有實時提供信息、監(jiān)測范圍大等獨特的優(yōu)勢。將其應(yīng)用到邊坡監(jiān)測中，不僅能夠?qū)吰路€(wěn)定造成破壞的地層進行相應(yīng)的監(jiān)測，而且還能監(jiān)測邊坡面。如，在監(jiān)測過程中，該系統(tǒng)會向四周介質(zhì)傳播開去，進而對破壞源點進行定位，對其破壞程度進行深入的了解。另外，巖體聲發(fā)射現(xiàn)象與巖體受力有很大的關(guān)系，能夠有效實現(xiàn)巖體的動態(tài)監(jiān)測，因此在該系統(tǒng)下監(jiān)測的結(jié)果是比較直觀的，大大提升了監(jiān)測的有效性。

3 結(jié)論

總而言之，邊坡的穩(wěn)定性對巖土工程施工具有重要的影響。因此需要采用極限平衡法、瑞典圓弧法等有效的分析方法對邊坡穩(wěn)定性進行深入分析，以便最大限度減少工程施工的危害，為其施工奠定良好基礎(chǔ)。同時，為了從根本上提高施工效率與質(zhì)量，減少不必要的問題出現(xiàn)，還需要運用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、邊坡雷達監(jiān)測裝置、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)對其邊坡進行監(jiān)測，以便對其穩(wěn)定程度進行更好的了解，為巖土施工提供重要依據(jù)，促使施工順利開展。