引言：
土坡一般有均值坡體或者是比較相似的土質(zhì)坡體特征，但是巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性完全受內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制，只有通過分均值坡體來考慮楔形體穩(wěn)定性。因?yàn)閹r質(zhì)高邊坡高度比較高，開挖后容易產(chǎn)生變形，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到變形與滾石等問題，且高度決定了巖質(zhì)高邊坡在施工時(shí)容易出現(xiàn)安全事故，影響施工的正常開展。本文將以巖質(zhì)高邊坡實(shí)況為例，通過數(shù)值計(jì)算的方式來明確其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
1.工程概況
以某高速公路建設(shè)實(shí)況為例，闡述數(shù)值分析在巖質(zhì)高邊坡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。該高速公路因?yàn)橛?jì)劃建設(shè)范圍有廢棄的采石場，所以當(dāng)?shù)氐牡孛渤霈F(xiàn)了較明顯的變化，只有通過高邊坡的方式來建設(shè)路塹。在實(shí)際施工中，邊坡的最大開挖高度在80m左右，碎落的太寬長度測量為10m，除了第六級以及第三級之外，其余所有的平臺寬度都是2m。坡高較大并且整個(gè)邊坡均屬于中風(fēng)化的巖體。
2.穩(wěn)定性分析
控制巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的主要因素是巖體結(jié)構(gòu)面，設(shè)定巖體屬于均質(zhì)材料，對坡體采用畫面搜索的方式進(jìn)行處理，將最終得出的穩(wěn)定系數(shù)作為穩(wěn)定性計(jì)劃參考。邊坡穩(wěn)定性分析所用的巖體參數(shù)需要工作人員對和碎石粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r以及中風(fēng)化灰?guī)r進(jìn)行檢測才能得出[1]。
假定坡體為均質(zhì)體，采用最不利畫面方法對其進(jìn)行搜索，分析其穩(wěn)定性，所得出的結(jié)果可以用做參考。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性受巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面控制，且結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的坡體巖塊楔形體穩(wěn)定性也是對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)需要明確的一項(xiàng)檢測內(nèi)容。通常情況下，可以使用楔形體穩(wěn)定的方式來分析坡體局部巖塊的穩(wěn)定性，結(jié)合地址的概況，明確組合對坡體穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生不利的影響。不同的節(jié)理與開挖坡面會(huì)形成不穩(wěn)定楔形體，工作人員必須要通過楔形體穩(wěn)定來分析其穩(wěn)定性[2]。
使用楔形體穩(wěn)定分析方法對其分析發(fā)現(xiàn)，邊坡開挖以后，整體穩(wěn)定性比較好。從現(xiàn)有地質(zhì)資料信息上看，可以判定該施工方式可以滿足坡體的穩(wěn)定性需求。
3.巖質(zhì)邊坡應(yīng)力及變形
巖質(zhì)邊坡的巖體總體力學(xué)性質(zhì)要比其余部分的力學(xué)性質(zhì)好，且穩(wěn)定性比較強(qiáng)。因?yàn)檫吰赂叨缺容^大，所以必須對邊坡開挖以后坡體的盈利分布情況以及坡體的變形情況進(jìn)行分析，使用二維有限元平面應(yīng)變模型即可對其應(yīng)變情況進(jìn)行研究。從地址概況以及地形資料的實(shí)際情況入手，構(gòu)建有限元建模，而邊坡的坡體則可以按照中風(fēng)化凝灰?guī)r的形式進(jìn)行考慮。在開挖以后，對應(yīng)力進(jìn)行分析，該工程開挖后顯示各級的坡體在坡腳附近均存在應(yīng)力集中的情況，而且因?yàn)槠侣时容^緩，所以應(yīng)力的集中水平比較差，坡腳位置最大應(yīng)力在250左右，這一應(yīng)力數(shù)值不會(huì)使坡體產(chǎn)生屈服性破壞[3]。從整體情況上看，根據(jù)有限元的結(jié)果來分析，秉承摩爾庫倫破壞準(zhǔn)則，該坡面附近的巖體是不會(huì)產(chǎn)生破壞的，可以進(jìn)行施工。除了要對坡體的應(yīng)力進(jìn)行分析，在準(zhǔn)備對邊坡開挖以及開挖之后邊坡會(huì)產(chǎn)生的位移也是必須要考慮到的一個(gè)要素。將開挖之前坡體產(chǎn)生的位移作為基礎(chǔ)來預(yù)測開挖之后坡體的整體位移變化情況。該工程的坡面最大位移達(dá)到25mm，而且位移朝向開挖的臨空面，屬于回彈性位移，坡體整體顯示比較穩(wěn)定[4]。
4.滾石路徑估算
坡面的滾石問題會(huì)影響到高邊坡設(shè)計(jì)質(zhì)量，因?yàn)楦哌吰碌母叨缺容^高，如果沒有妥善的對其進(jìn)行處理，很容易出現(xiàn)各種潛在的危害，影響工程施工質(zhì)量，且對公路的危害比較大。高邊坡設(shè)計(jì)必須要融入滾石路徑估算，對可能產(chǎn)生的公路運(yùn)營滾石采取一些防范措施，控制施工，將產(chǎn)生危險(xiǎn)的幾率控制在最低的范圍內(nèi)。滾石滑落路徑可以通過彈射算法以及滑動(dòng)算法等方式進(jìn)行模擬，在滿足初始計(jì)算條件的基礎(chǔ)上，按照彈射算法計(jì)算滾石空氣運(yùn)動(dòng)或者是在兩點(diǎn)之間互跳斜坡的指數(shù)。按動(dòng)算法來計(jì)算滾石和邊坡的接觸過程，模擬整體計(jì)算過程，判斷滾石位置以及滾石的初始速度，控制邊坡的坡面性質(zhì)，通過對參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)分析的方式來明確數(shù)值。模擬初始條件進(jìn)行計(jì)算，首先假設(shè)邊坡在開挖以后不穩(wěn)塊體會(huì)沿著坡面產(chǎn)生，且塊體的初始程度擬定為0m，速度標(biāo)準(zhǔn)差控制在0，塊體的質(zhì)量是10KG，模擬400次塊體下落軌跡，通過模擬計(jì)算的方式來明確其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。軌跡模擬是可以在不同坡面下進(jìn)行的，與滾石的下落軌跡進(jìn)行對比，明確計(jì)算結(jié)果。坡面可以在新鮮巖石也可以是被植被覆蓋的坡面[5]。
在皮面比較寬的平臺上設(shè)置一些被動(dòng)的防護(hù)網(wǎng)，控制滾石，使?jié)L石不至于滑落到公路施工現(xiàn)場。滾石路徑模擬結(jié)果可以按照塊體下落軌跡要求及規(guī)律來明確，保證防護(hù)網(wǎng)設(shè)置的科學(xué)性。三級平臺之下滾石因?yàn)槠赂弑容^小，并且碎落的臺上是有一些植被和小草可以緩沖其能量的，所以對彈跳高度的影響比較小，很難危害路面結(jié)構(gòu)以及對來往車輛造成影響。通過對滾石路徑進(jìn)行模擬可發(fā)現(xiàn)，坡面條件對直接影響滾石路徑，并且如果邊坡的高度比較大，可以通過碎落臺覆土以及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等方式來控制滾石，降低潛在的風(fēng)險(xiǎn)，提升施工安全性[6]。
結(jié)束語：
經(jīng)濟(jì)發(fā)展是我國主要發(fā)展方向之一，而公路的實(shí)用性更是影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素。在工程設(shè)計(jì)中，巖質(zhì)高邊坡的設(shè)計(jì)考慮因素不同于土質(zhì)邊坡，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性常為巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的組合等因素所控制，須分析楔形體巖塊的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)中可以用楔形體穩(wěn)定方法分析坡體局部巖塊的穩(wěn)定性，而以巖質(zhì)坡體作為均質(zhì)體，用搜索最不利（優(yōu)化）圓弧滑面的方法得到的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果僅作為設(shè)計(jì)的參考。高邊坡坡體內(nèi)應(yīng)力，開挖后坡體變形問題可以采用有限元按照不同的工況進(jìn)行分析，查明坡體內(nèi)的應(yīng)力分布，減少因?yàn)槠麦w產(chǎn)生破壞或者是坡體的密度過大導(dǎo)致影響坡體穩(wěn)定性的事情發(fā)生。坡面的滾石問題是巖質(zhì)高邊坡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方向之一，可以通過彈射算法以及滑動(dòng)算法結(jié)合的方式來模擬，將模擬結(jié)果作為參考因素來完成設(shè)計(jì)。從滾石路徑模擬結(jié)果入手，改變坡面形狀以及坡面的性質(zhì)等，將滾石對公路車輛的危害控制在最小的范圍內(nèi)，提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性。
參考文獻(xiàn)：
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