路基邊坡的穩(wěn)定性直接影響著我國鐵路工程建設(shè)施工的開展和施工質(zhì)量，因此路基邊坡穩(wěn)定性的分析和研究也從一定程度上直接決定著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程。當(dāng)下，我國的路基邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)理論和方法的研究都取得了一些突破性的進(jìn)展，本文就將介紹重載鐵路深路塹路基邊坡穩(wěn)定性的分析和施工方案。
一、重載鐵路深路塹路基邊坡穩(wěn)定性分析
?。ㄒ唬┻吰路€(wěn)定性分析理論
巖土分析中常見的研究內(nèi)容就包括填方土坡和挖方土坡的穩(wěn)定性分析。影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素包括邊坡體本身的自重、附加荷載應(yīng)力、波動水壓力荷載應(yīng)力、孔隙水壓力。在邊坡本身自重和附加荷載作用下，邊坡土體的剪切強(qiáng)度小于邊坡體內(nèi)部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力時(shí)，剪切應(yīng)力就會破壞邊坡。邊坡穩(wěn)定性分析，就是將剪切強(qiáng)度和剪切應(yīng)力應(yīng)用于計(jì)算邊坡穩(wěn)定性問題的研究分析。
推薦下列幾種計(jì)算邊坡穩(wěn)定性的方法：
基于邊坡極限平衡理論的一種整體分析法和分條分析法
基于邊坡強(qiáng)度理論的一種極限分析法
基于邊坡彈性理論的一種有限元分析法
邊坡的安全管理中，不僅要對邊坡的最小安全系數(shù)有一個(gè)充分的了解，還要分析邊坡的形態(tài)，這樣才能選擇出適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測點(diǎn)位置，進(jìn)而確保監(jiān)測信息的質(zhì)量。有限元法能夠提供邊坡破壞過程分析的所需數(shù)據(jù)。
MIDAS/GTS的邊坡分析方法是利用有限元法的一種強(qiáng)度折減法。
?。ǘ?qiáng)度折減法的介紹和分析
強(qiáng)度折減法簡述。有限元分析方法作為一種能夠較為真實(shí)的對邊坡實(shí)際條件進(jìn)行模擬的邊坡分析方法，能夠有效的簡化邊坡分析的過程，并得出較為真實(shí)的邊坡破壞狀態(tài)。以有限元法為基礎(chǔ)，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的方法有兩種：一類是利用有限元法的強(qiáng)度折減法對邊坡的最小安全系數(shù)進(jìn)行直接的計(jì)算；另一類則是聯(lián)合極限平衡法和邊坡應(yīng)力值計(jì)算法，進(jìn)而來確定邊坡的最小安全系數(shù)。
強(qiáng)度折減法理論背景。Zienkeiewicz于1975年最早利用有限元分析法中的強(qiáng)度折減法對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。如圖1所示，計(jì)算邊坡安全系數(shù)時(shí)，首先要研究邊坡上任意單元的高斯點(diǎn)A，在這里，我們利用莫爾圓表示高斯點(diǎn)A的應(yīng)力表現(xiàn)狀態(tài)。為了模擬邊坡破壞時(shí)的狀態(tài)，需先假定一個(gè)破壞面，且用于表示破壞面上所受的應(yīng)力狀態(tài)的莫爾圓是接近于破壞包絡(luò)線的。實(shí)質(zhì)上就是假設(shè)高斯點(diǎn)A的應(yīng)力狀態(tài)是處于破壞狀態(tài)的，并不斷修正，就是將其剪切強(qiáng)度去除安全系數(shù)F。邊坡的破壞程度越高，邊坡上出現(xiàn)的破壞點(diǎn)也就越多，邊坡整體也將呈現(xiàn)出一個(gè)破壞狀態(tài)，這時(shí)發(fā)散現(xiàn)象也將出現(xiàn)在有限元分析計(jì)算中，邊坡的最小安全系數(shù)也就是這時(shí)的安全系數(shù)F值。要注意的是，以上方法取得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果的前提是邊坡的穩(wěn)定性較強(qiáng)。
強(qiáng)度折減法邊坡最小安全系數(shù)計(jì)算。利用強(qiáng)度折減法對邊坡的最小安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，此時(shí)的邊坡土體彈性模量E與其泊松比v的比值在我們看來是一個(gè)定值，按照下面提出的計(jì)算方式我們會減小粘聚例c和內(nèi)摩擦角Φ，直到邊坡計(jì)算分析不再發(fā)散，此狀態(tài)下所得到的安全系數(shù)F即為邊坡的最小安全系數(shù)。邊坡達(dá)到破壞狀態(tài)時(shí)安全系數(shù)F的計(jì)算公式：
其中，τ表示邊坡所能承受的剪切強(qiáng)度，其計(jì)算公式為：
則表示邊坡破壞的滑動面上的剪切應(yīng)力，可按以下計(jì)算公式進(jìn)行：
邊坡剪切強(qiáng)度的因子：
邊坡剪切強(qiáng)度的因子：
為得到邊坡的最小安全系數(shù)，需要試著將不斷逼近。
二、重載鐵路深路塹路基邊坡施工
?。ㄒ唬┦┕?zhǔn)備
重載鐵路深路塹路基邊坡施工的準(zhǔn)備工作包括：首先，需要進(jìn)行的是施工圖紙及文件的審閱工作，其目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，發(fā)現(xiàn)問題后要聯(lián)系相關(guān)的設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理，對問題進(jìn)行及時(shí)的探討和解決，并做好詳細(xì)的技術(shù)交底工作。其次，是要做好路塹開挖前的準(zhǔn)備工作。臨時(shí)排水措施的采取，現(xiàn)場植被及雜物的清理都要認(rèn)真完成。再次，是要以工程量為基準(zhǔn)，對機(jī)械和技術(shù)人員進(jìn)行合理的配置。最后，設(shè)計(jì)工程的施工方案。
土質(zhì)、軟質(zhì)巖、強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖路塹的施工。分層逐層開挖或縱向臺階法開挖方式主要運(yùn)用于路塹中心高度大于5m的路塹開挖中。路塹開挖前，塹頂防排水設(shè)施的設(shè)置和安排工作一定要做到位，科學(xué)合理的結(jié)合臨時(shí)排水設(shè)施和永久性排水設(shè)施，并融入到原排水系統(tǒng)中。在路塹開挖的過程中，為避免出現(xiàn)雨水沖刷邊坡和基底的現(xiàn)象，需在邊坡和基底位置預(yù)留出50cm及以上的位置。刷坡時(shí)則應(yīng)注意邊坡的坡度和平整度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，對于特殊部位，要進(jìn)行有效的邊坡防護(hù)。路塹開挖前要對施工部位進(jìn)行合理的分段，且必須按照由上至下的方式進(jìn)行路塹的挖掘工作，禁止掏底開挖。設(shè)有支擋結(jié)構(gòu)的路塹邊坡的開挖和施工都要分段進(jìn)行。而在設(shè)計(jì)中提出分層開挖要求的路塹邊坡施工段，就必須嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分層的開挖和施工，同時(shí)，開挖與施工要緊密銜接起來。當(dāng)防護(hù)不能緊跟完成時(shí)，要設(shè)置50cm及以上厚度的保護(hù)層。
膨脹土路塹的施工。首先是要合理的安排施工組織，施工時(shí)盡量避免雨中作業(yè)。要注意及時(shí)的對邊坡支擋和防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，以確保能夠隨挖隨護(hù)和及時(shí)封閉邊坡。若防護(hù)不能緊跟開挖及時(shí)完成時(shí)，同樣需要預(yù)留出50cm及以上厚度的保護(hù)層。此外，膨脹土路塹基底開挖時(shí)一定要注意做好排水措施，避免積水現(xiàn)象的發(fā)生。黏性土路塹施工前，更是要等施工地土地晾干后才能進(jìn)行開挖作業(yè)。
（二）土石方開挖
土質(zhì)邊坡施工方法。路塹開挖時(shí)要采用人工輔助機(jī)械，整修邊坡坡面也是由人工完成。當(dāng)施工地點(diǎn)地形平緩且土方的調(diào)運(yùn)距離超過500m時(shí)，挖掘機(jī)可聯(lián)合履帶式推土機(jī)進(jìn)行縱、橫向臺階開挖，運(yùn)輸土方可運(yùn)用自卸汽車；而當(dāng)土方數(shù)量集中且土方的調(diào)運(yùn)距離低于500m時(shí)，這時(shí)，挖掘機(jī)可聯(lián)合履帶式推土機(jī)進(jìn)行逐層順坡開挖。
石質(zhì)邊坡施工方法。若施工段內(nèi)石質(zhì)較軟，可采用大功率推土機(jī)和松土器對其進(jìn)行松動作業(yè)，并將挖出的石方集中起來，運(yùn)用裝載機(jī)對其進(jìn)行裝車，并采用自卸汽車進(jìn)行運(yùn)輸。其整個(gè)工藝?yán)锍毯唾|(zhì)量控制措施都與土方開挖相類似。如出現(xiàn)堅(jiān)石、次堅(jiān)石，其松動則要依靠爆破。
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結(jié)束語
要保證重載鐵路深路塹路基邊坡的穩(wěn)定性，就必須進(jìn)一步的規(guī)范其施工的操作方法和操作流程，確保其工程施工質(zhì)量和工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于重載鐵路深路塹路基邊坡穩(wěn)定性的分析和研究還需要進(jìn)一步的深入探討。在路基邊坡的施工方面為我國重載鐵路的建設(shè)和發(fā)展打好基礎(chǔ)，以促進(jìn)我國重載鐵路的建設(shè)和發(fā)展。
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