大连理工大学网络高等教育
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 浅谈建筑边坡工程及其应用
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2023年9月3日
本文主要阐述了边坡工程重要性及分类，讨论了影响到边坡稳定性的外界原因和有关计算方案，分析了边坡支护结构的主要形式，同时针对性地探讨了边坡支护技术在土木建筑工程中的运用方案。接着，介绍了重力式挡墙、抗滑桩、锚杆和预应力锚索这几种边坡支护结构常用型式。最后，针对常见的边坡工程技术问题提出一些解决的办法，为其它的建筑边坡工程及其应用提供了参考依据。
关键词：边坡工程；支护结构；边坡破坏
目 录
1.2.5 边坡变形机制及特征分类..................................................................... 3
1.3 边坡处治工程设计原则................................................................................... 3
2.1 边坡稳定的影响因素分析............................................................................... 5
2.1.5 地下水条件对边坡稳定的影响............................................................. 5
2.3 边坡稳定性分析计算方法............................................................................... 6
3 边坡支护结构常用型式及工程应用......................................................................... 9
引 言
现代社会的迅猛发展使得建筑事业的发展越发完善，各种高层建筑、高速公路、铁路设施和惠民工程数量越发增多。但是在此类工程的建设途中以及后续维护中，均会不可避免地生成大量边坡，因而针对性地研究边坡稳定性的管控便成为了极为重要的工作[1]。但是在大量实践工作中却发现，部分单位对边坡工程的性质的认识存在明显的不足之处，因而控制管理并不科学合理，其将会映射在后续边坡工程的质量中，所造成的经济损失和社会效益折损都是极为严重的；如果由于治理方案过分保守，那么便很有可能引发非必要浪费。为切实有效节约成本的目标，有必要谨慎选择治理方案。
目前，我国对由于失稳所引发的边坡滑塌所采用的治理措施主要经历的阶段[2]：最初阶段所采取的主要是放缓边坡，设计挡墙、地表排水等方案，此类方案相对简单，但是却存有相应的局限性，常常会因为外界环境冲击而失去其原有作用；在第二阶段中，重点被放置在支挡结构上，具有布设灵活简洁、施工方便的优势而受到广泛运用；在最后阶段，需要贯彻落实一次工作，永久无忧的理念，并且充分明确边坡隐患是多种因素共同作用的结果，所以需要采取综合管理策略[3]。
本文首先基于边坡工程的重要性和分类等对边坡工程进行了概述。然后结合地质条件、地面因素、风化作用和地震影响等边坡稳定的影响因素以及边坡破坏的基本形式和边坡稳定性分析计算方法，深度分析了边坡工程的稳定性。之后，以重力式挡土墙、抗滑桩、锚杆和注浆加固这四种常用的边坡工程支护方式论述了边坡支护的工程应用。接着从勘察设计和施工这两个方面入手。论述了边坡工程中常见的技术问题及解决办法。文章最后，概括了本文的研究内容并给出了合理的结论。
1 概述
1.1 边坡工程的重要性
边坡在自然引力的影响下，存在向下运动的态势，加之于压力等减摩作用所引发的非稳定性因素，边坡很有可能坍塌。边坡稳定性的缺乏将会诱发泥石流等自然灾害，这在山区中尤为常见。边坡失稳常常会伴随大量的泥石流、砾石碎块，移动速度快，面积大，危害强烈，摧毁建筑物、阻断公路铁路，堵塞河流、湖泊造成洪水淹没田地房屋，引起严重的经济损失和人员损伤问题[5]。由于现代地方经济的飞速发展，使得土地受到破坏、林地完整性缺乏，边坡地质灾害问题越发严重，导致国家和人民承担着巨大的经济损失。边坡治理工作的不确定性和复杂性的增加使得边坡治理仍旧是需要重点关注的课题。
无论是几十米高的陡峭高边坡，还是只有几米高的较平缓的边坡，都需要进行边坡稳定性评价分析。对于稳定的边坡，无论是在自然条件下，还是人为因素的干扰下，都要保持在稳定的状态；而对于非稳定的边坡，则经常出现一些运动的地质现象，如滑动、崩落和倾倒等[6]。一般情况下需对非稳定的边坡进行处理，如减载、加固等措施。大量边坡工程灾.害问题，往.往.导.致.工程建.设.成.本的增.加和工.期的延.后，有的甚.至.在.工程运.行.期.间.还.潜.在.危.害，给.各.项.建.设.事.业.带.来.严.重的影.响，甚.至.威.胁.人的生.命.安.全。边坡工程灾.害.带.来的问.题是严.重的。为了有.效地控.制边坡工程灾.害，减.少.由.此.带.来的经.济.损.失，对边坡工程灾.害的发.生.机.制和防.治技术进.行.深.入的研.究，具.有.重.要的学.术.价.值和现.实.意.义。
1.2 边坡工程的分类
1.2.1 物质组成分类
结合边坡的组成成分来看，主要包含岩质边坡和土质边坡，其中的土质边坡主要包含堆积图边坡、粘质土边坡、填土边坡以及黄土边坡[7]。
1.2.2 结构分类
结构分类通常需要考虑较多因素，并且整体分类形式较多，包含分层状结构、块状结构、碎裂结构以及散体结构。在最近几年针对三峡工程的研究探索中，有诸多学界人士指出岩层结构分类为：顺倾仰倾坡、逆倾坡、顺倾俯倾坡[8]。
1.2.3 成因分类
以边坡的形成原因分类来看，主要包含剥蚀边坡、侵蚀边坡、塌滑边坡以及人为边坡。
1.2.4 规模分类
结合滑坡的滑动面的分布深度来看，主要包含深度在6m以下的浅层滑坡、深度在6-20m之间的中层滑坡、深度在20-50m之间的厚层滑坡以及深度在50m以上的巨厚层滑坡。如果结合滑坡体积分类的话，那么可以将其区分为小型、中型、大型和巨型滑坡。
1.2.5 边坡变形机制及特征分类
（1）力学机制的传统经典分类
将边坡变形破坏简单和推移式分为牵引式（后退式）和推移式（前进式）两种基本形式。这种分类比较的形象、简单、实用，在宏观上表现了边坡变形受力及发展方向。
（2）变形机制分类
成都理工学院王兰生、张倬元教授等人针对层状或含层状岩体组成的边坡变形机制提出了5种基本组合模式：蠕滑—拉裂、滑移—压致拉裂、弯曲—拉裂、塑流—拉裂和滑移—弯曲[8]。这就表明了边坡演化过程中内部应力状态的调整轨迹、途径和现象，反映了边坡的变形破坏机制。
1.3 边坡处治工程设计原则
边坡设计的核心问题在于如何平衡边坡以及经济的稳定，旨在通过最为良好的经济收益满足工程建筑的质量需求，边坡稳定性要求在规定时间内提升防护支护能力，在相应的条件支撑下，保障其整体完整性和稳定性。
（1）设计计算原则
在边坡治理工程设计中，针对于支护结构的强度管控主要包含抗弯性能、局部承载力以及抗压强度，其中包括抗拔承载力和竖向立柱和挡土墙的基础，应满足稳定性计算。在设计锚挡墙的过程中，应该对立柱和挡土墙的地基承载力和基础承压能力做出计算，如果边坡处于滑坡区或者边坡可能会对周边环境造成影响的话，有必要对其局部稳定支护结构做出校验处理[9]。如果对边坡变形的要求相对较高，那么有必要结合结构分析工作，采取科学合理的措施控制变形问题的出现，从而满足要求。
（2）信息设计原则
由于土壤介质存在诸多复杂性以及非确定性，很难确定地质勘探的参数。由此可以明确边坡工程设计的难度非常高，结合施工反馈信息以及监测信息，来进行大量检查处理，用于为边坡治理工程提供更为科学合理的支撑帮助，提出崭新的施工设计方案，保障接入检查，增加并改进设计活动中的各种信息数据。
2.1 边坡稳定的影响因素分析
2.1.1 地质条件
岩土体的力学性质将会直接决定边坡失稳的方式，坚硬的岩石边坡在失去稳定性后，整体结构平衡性直接丢失；而软弱岩石边坡的稳定性则主要体现在应力控制上。对于其他因素以及确定的边坡，工程地质性的优良程度将会和边坡的整体稳定性成正比[10]。地质构造主要体现在结构面的发育程度、连通情况、整体规模、充填程度及充填物成分以及结构面的产出状态将会边坡的稳定性造成的冲击。
2.1.2 地面因素
边坡的形态和规模等地貌因素对边坡稳定性的影响是显而易见的，不利形态和规模的边坡往往在坡顶产生张应力，并引起张裂缝；在坡脚产生的强烈的剪应力。会形成剪切破坏带．这些作用极大地降低了边坡的稳定性[11]。
2.1.3 风化作用
边坡岩.体，长.期.暴.露.在地表，受.到水文、气.象.变.化的影.响，逐.渐.产.生.物.理和化.学.风.化.作.用，出.现.各.种不良.现.象.。边坡岩体遭.受.风.化作用后，边.坡的稳.定.性大大.降.低。
2.1.4 地震影响
地震、大.规.模.爆.破和具.有一定.动.量的机.械.振.动，都.可.能.引.起边坡应.力的瞬.时.变.化，从.而.影.响边坡的稳.定.性。强.烈地震对边.坡的破.坏.作.用是很.严.重的，地震.产.生的横.波.在地表.引.起.周.期.性.晃.动，纵.波.使地表岩土.上下振.动，在地震作用下.，边坡岩.土.体的结.构.将.发.生.破.坏和变.化，造.成大规.模的滑.坡和崩.塌[12]。
2.1.5 地下水条件对边坡稳定的影响
滑坡的出现和地下水、地表水存在密切的关联，绝大多数滑坡都或多或少有地下水的作用。地下水对边坡稳定性造成的冲击主要体现在以下几点：
（1）静水压力
处于地下水位之下的透水边坡将会受到水位所给予的浮力作用，使坡体的有效重量减轻；而在不透水的边坡中，边坡将会承担来自于水体的静压力，冲水张开的裂隙也将会受到压力的影响，对边坡的稳定来讲显然是不利的[13]。
（2）动水压力
地下水的渗漏流动将会影响到坡体的动水压力，在动水压力的影响下，水流将会直接带走各种边坡碎裂物或者是其余结构中的细小颗粒，在长期的渗流作用下，通道的直径将会不断增大，坡体被直接掏空，最终稳定性丢失。
（3）水的软化作用
水体的软化作用使得水体被浸泡，最终边坡土体的强度显著降低。如果是碳酸盐岩红粘性土边坡，在地下水的影响，土体的强度和干燥时相比更低，浸水后的软化作用更为显著，边坡的稳定性严重丢失。与此同时，地下水的潜蚀也会影响到边坡的完整性。
2.2 边坡破坏的基本形式
如果从运动形式上来看，边坡的受破坏类型主要包含滑坡以及崩塌这两种。
所谓的崩塌是指岩体和岩坡相互分离，向前翻滚落下。在正常情况下，岩质边坡很有可能受到影响崩塌，并且在此过程中，岩体并无任何明显的滑移。崩塌破坏正常会发生在又高又陡的岩石边坡的前沿地带，由于受到重力作用，岩坡将会分离开来。崩塌通常会出现在坡顶裂隙发育的位置。主要原因有[14]：
（1）风化等作用使得节理面的粘聚能力大幅降低；
（2）雨水渗透到裂隙中，进而引发水压力；
（3）汽温变动、岩石被松动；
（4）植物的根系生长引发膨胀压力，或者地震和雷击等外力冲击。
滑坡是指岩土体在重力作用下，沿坡内的软弱面引发的整体滑动。和崩塌相比滑坡通常会以深层破坏的形式出现，其滑动面将会直接渗透到坡体内部，甚至能够延伸到坡脚之下。其花都速度和崩塌相比，较为缓慢，但是不同的滑坡滑动速度相差很大，这主要取决于滑动面自身的物理学性质[15]。
2.3 边坡稳定性分析计算方法
2.3.1 定性分析方法
（1）工程类比法
此种方法是经验分析法，结合现有工程经验，对类似边坡稳定性作出类比分析处理。首先需要完成的工作是对边坡工程的详细调查，全方位地研究分析边坡工程受到地质因素的冲击，分析将会对其造成影响的主导因素以及差异性，等级要求和工程需求，而后类比分析并判断边坡稳定状态以及加固处理方案等。
（2）范例推理评价法
范例推理（Case Based Reasoning ，简称CBR）是在1982年由斯坎克（Schank）提出的。而在1983年科勒登开始将其应用在计算机上，在范例推理的过程中，将现有新问题转化为目标范例（Target Case），而将记忆问题称为源范例（Base Case），范例推理要求在目标范例的提示中获取源范例，并将其作为基础支撑进行求解[12]。
（3）图解法
图解法需要综合考量边坡的各种因素，诸如边坡角、地下水以及岩性变化等等，结合相关公式，制作成图标，保证后续边坡设计能够更为轻松简单，仅仅需要查阅相应的表格便可以。自1937 年Taylor 首次提出稳定分析图表以来，Bishop和Morgensterm，Morgenstern及Spencer陆续设计出了各种图表。
2.3.2 定量分析法
定量分析法包括了多种评价方法，我们常见的有确定与非确定性模型评价法，以及确定与非确定数学模型评价法，而极限平衡法是应力应变分析法是确定性数学模型评价法的主要两个评价方法。其具体如下：
（1）极限平衡法
其在我们日常的工程实践中扮演着非常重要的角色，极限平衡法主要是通过多重的计算分析比较，充分利用应用力学的分析方法来得出相应的稳定系数，其评价结果比一般评价方法要准确很多。
在最近几年，国内外学界人士对极限平衡法作出了大量研究分析，其逐渐获得完善。在1998年，郭汉荣在极限平衡公式中融合了几何参数，使得单位走向边坡长度分析转化为了扇形块段分析，其能够被广泛应用在椎形边坡的分析中。具体来讲，其能够被广泛应用在煤矿山、天然山包等锥形边坡中，并且计算结果和传统法则相比，具有更加可观的合理性[13]。
（2）应力应变分析法
应力应变分析法的主要原理是首先借助特定的方法来计算得出边坡的应力分布情况，并用强度标准求得在应力集中的安全系数，不断的加大或者降低强度来研究岩体的变形变化一直到失稳状态。从而进一步判断边坡的稳定性。这种方法充分的结合了诸多的研究体系领域于计算机体系之中，包括了有限元分析法，其最大程度的考虑了岩体的应力特征，能够最大化的接近实际情况来分析边坡被破坏的机制[16]。另外也包括了边界元分析法，其进一步加强了计算的精度，但是其无法得到线形方程组的关系。离散元法相比较于前俩者而言，其计算过程相对比较简单，非常适合于岩体破坏失稳方便的问题的分析。
（3）数值分析法
伴随现代信息技术的迅猛发展，许多数值计算方法开始被有效应用在边坡设计中，其中的有限元法是极为成熟的数值方法，甚至可以说其能够被应用在任何领域中。数值分析法通常包含两种趋势：首先，有限元的发展，从平面有限元转移到三维有限元，从弹性有限元转化到弹塑性有限元，从线性有限元转化为非线性有限元，使得其最终结果能够更好地衔接实际情况；其次则是各种新型计算方法的使用，包括离散元法、拉格朗日元法等等，此类计算方法的应用将会使得边坡稳定性研究更为成熟。
