城市复杂条件高陡边坡稳定性分析与绿色支护设计.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 123 城市复杂条件高陡边坡稳定性分析与绿色支护设计 雷慧莲 云南地质工程第二勘察院有限公司，云南 昆明 650217 摘要：摘要：随着城市化进程的加快，城市中存在着大量的高陡边坡，如山体切坡、河岸边坡等。这些高陡边坡的稳定性问题直接关系到城市的安全和可持续发展。因此，对城市复杂条件下高陡边坡的稳定性进行分析与绿色支护设计具有重要的理论和实践意义本论文旨在通过对城市复杂条件下高陡边坡的稳定性进行深入研究，探讨其稳定性评价指标和分析方法，并提出相应的绿色支护设计方案。关键词：关键词：城市复杂条件；高陡边坡；稳定性；绿色支护设计 中图分类号：中图分类号：TU43 0 引言 城市化进程中，高陡边坡的稳定性问题日益引起关注。本论文通过对城市复杂条件下高陡边坡的稳定性进行分析，并提出相应的绿色支护设计方案，旨在为城市规划和工程建设提供科学依据和技术指导。1 城市复杂条件高陡边坡概述 城市复杂条件下的高陡边坡是指在城市环境中存在的具有较大坡度和高度的地质形态。这些高陡边坡常见于山区、河岸、道路、建筑基坑等地方，其稳定性问题对城市的安全和可持续发展具有重要影响。城市复杂条件给高陡边坡的稳定性带来了多种挑战。首先，城市化过程中的人类活动，如土地开发、建筑施工等，导致了边坡的地质结构和地下水系统的变化，增加了边坡的不稳定性风险。其次，城市复杂条件下的高陡边坡常常受到多种力学因素的作用，如重力、地震、水力等，这些因素相互耦合作用，使得边坡的稳定性分析更加复杂。此外，城市环境中的人口密集、交通拥堵等因素也增加了高陡边坡稳定性问题的紧迫性和复杂性。针对城市复杂条件下的高陡边坡，稳定性分析和绿色支护设计是解决问题的关键。稳定性分析旨在通过建立合适的数学模型和使用适当的稳定性评价指标，评估边坡的稳定性状况，并揭示其稳定性问题的机理和特点。而绿色支护设计则强调在保障边坡稳定的前提下，选择环境友好、可持续发展的支护方案和材料，减少对自然环境的破坏。2 城市复杂条件下高陡边坡的稳定性分析 城市复杂条件下高陡边坡的稳定性分析是为了评估和预测边坡在城市环境中的稳定性状况，以便采取相应的措施来确保边坡的安全性。下面是一些常用的稳定性分析方法和步骤：2.1 收集数据 收集与边坡相关的地质、地貌、地下水、土壤力学等方面的数据。这些数据包括地质勘察报告、地质剖面图、地下水位观测数据等。2.2 确定边坡几何参数 测量和确定边坡的几何参数，如坡度、坡高、坡面形状等。2.3 确定边坡材料特性 对边坡材料进行实验室测试，获取其物理力学特性，如密度、抗剪强度、孔隙比等。2.4 建立数学模型 根据边坡的几何参数和材料特性，建立适当的数学模型，可以是二维或三维的有限元模型、边坡稳定性分析软件模型等。2.5 边坡稳定性评价指标 在城市复杂条件下高陡边坡的稳定性分析中，可以选择多个评价指标来评估边坡的稳定性。以下是一些常用的边坡稳定性评价指标的详细解释：（1）安全系数（SafetyFactor）：安全系数是最常用的边坡稳定性指标之一，用于评估边坡抵抗滑动和破坏的能力。安全系数定义为边坡抵抗力与作用力之比，通常采用强度折减法计算。当安全系数大于 1 时，表示边坡稳定；当安全系数小于 1 时，表示边坡存在不稳定的风中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 124 险。（2）变形量（Deformation）：变形量是指边坡在受到荷载作用后发生的变形量。通过监测边坡的变形情况，可以了解边坡的变形特征和趋势，进而评估边坡的稳定性。常见的变形量指标包括位移、沉降、倾斜等。（3）滑动距离（SlidingDistance）：滑动距离是指边坡在发生滑动破坏时的滑移距离。通过计算滑动距离，可以了解边坡的滑动破坏范围和程度。滑动距离通常与边坡的几何参数、材料特性和外部荷载等因素相关。（4）剪切应力（ShearStress）：剪切应力是指在边坡中发生剪切破坏时，土体所受到的剪切应力。剪切应力对边坡的稳定性具有重要影响，过大的剪切应力可能导致边坡的破坏。因此，通过评估剪切应力的大小，可以判断边坡的稳定性情况。（5）倾倒倾斜度（DumpingSlope）：倾倒倾斜度是指边坡的倾斜角度。边坡的倾斜度越大，其稳定性越低。通过评估倾倒倾斜度，可以预测边坡的稳定性状况。（6）岩体结构面：岩质边坡中，岩层层面、节理裂隙与边坡开挖的临空面间的关系也对边坡的稳定性影响较大。边坡坡面方向与岩体控制性结构面一致时，极易沿结构面发生滑移变形破坏。2.6 边坡稳定性分析 在进行边坡稳定性分析时，利用建立的数学模型和边坡稳定性评价指标，可以通过以下步骤进行稳定性分析：（1）建立数学模型：根据边坡的几何参数、材料特性和边界条件等，建立适当的数学模型。常见的数学模型包括二维或三维有限元模型、边坡稳定性分析软件模型等。（2）施加外部荷载：根据实际情况，确定施加在边坡上的外部荷载，如土体重力、降雨荷载、地震荷载、附加荷载（建筑荷载、道路及车辆运输荷载）等。将这些荷载作用于数学模型中的边坡，并考虑荷载的大小、方向和变化规律等。（3）考虑内部力的作用：在边坡稳定性分析中，需要考虑土体内部的力学行为。这包括土体的抗剪强度、摩擦角、孔隙水压力等因素的影响。通过合适的计算方法，将这些内部力引入数学模型中。（4）计算边坡的安全系数或其他评价指标：根据所选的边坡稳定性评价指标，通过数学模型进行计算。常见的计算方法包括强度折减法、切线法、蒙特卡洛模拟等。计算的结果可以是边坡的安全系数，也可以是其他评价指标，如变形量、滑动距离等。（5）结果解读与评估：根据计算结果，对边坡的稳定性状况进行解读和评估。如果计算得到的安全系数大于 1 或其他评价指标在规定范围内，则认为边坡是稳定的；反之，若安全系数小于 1 或其他评价指标超过限值，则表示边坡存在不稳定的风险。需要注意的是，边坡稳定性分析是一个复杂的工程问题，涉及到多个因素的综合考虑。在进行稳定性分析时，应充分考虑地质、水文、力学等方面的影响，并结合实际情况进行合理的假设和模型建立。同时，对于不同类型的边坡和具体工程项目，可能需要采用不同的计算方法和评价指标。2.7 稳定性分析结果解读 根据稳定性分析的结果，判断边坡的稳定性状况是非常重要的，特别是通过计算得到的安全系数或其他评价指标。以下是对判断边坡稳定性状况的详细说明：（1）安全系数小于 1：在进行边坡稳定性分析时，通常采用安全系数作为评价指标。安全系数小于 1 表示边坡的抵抗力不足以抵御外部荷载的作用，即存在不稳定的风险。这意味着边坡可能发生滑动、倾覆或崩塌等破坏形式。（2）其他评价指标超过限值：除了安全系数，还可以使用其他评价指标来判断边坡的稳定性。这些指标可以是变形量、滑动距离、剪切应力等。如果这些指标超过了规定的限值，就表明边坡的变形或滑动超出了可接受范围，边坡存在不稳定的风险。需要注意的是，判断边坡的稳定性状况时，不仅仅依靠单一的评价指标，而是应综合考虑多个因素。边坡的地质特征、土壤力学性质、边坡几何参数、外部荷载等都会对边坡的稳定性产生影响。因此，在进行判断时，应综合考虑这些因素，并结合实际情况进行综合评估。如果边坡的安全系数小于 1 或其他评价指标超过限值，表明边坡存在不稳定的风险。在这种情况下，需要采取相应的措施来提高边坡的稳定性，如加固支护、排水处理、土体改良等。这些措施旨在增加边坡的抗剪强度、减少滑动力、改善地下水条件等，以确保边坡的稳定性和安全性。2.8 提出稳定性改善措施 根据边坡稳定性分析结果，如果发现边坡存在不稳定的风险，需要采取相应的稳定性改善措施来提高中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 125 边坡的稳定性。以下是一些常见的稳定性改善措施的详细说明：（1）加固支护：加固支护是通过增加边坡的抗滑能力和抗倾覆能力，来提高边坡的稳定性。常见的加固支护措施包括土钉墙、喷射混凝土墙、挡土墙、锚杆支护、抗滑桩等。这些支护结构可以提供额外的抵抗力，减缓边坡的滑动和变形。（2）排水处理：水分是影响边坡稳定性的重要因素之一。通过合理的排水处理，可以减少边坡中的孔隙水压力，提高土体的抗剪强度。常见的排水处理方法包括设置排水管、挖设排水槽、施行表层排水等。（3）土体改良：土体改良旨在提高土体的工程性质，增加其抗剪强度和抗滑性能。常用的土体改良方法包括灌浆加固、土壤固化、土石混合法等。这些方法可以改变土体的物理和力学性质，提高边坡的整体稳定性。（4）植被覆盖：植被覆盖是一种环境友好的稳定性改善措施。通过植被的根系牢固地固定土壤，可以增加边坡的抗剪强度，并降低土壤侵蚀和表面径流的影响。适当选择适合的植物种类和植被覆盖密度，可以有效提高边坡的稳定性。（5）控制荷载：在边坡的设计与施工中，控制外部荷载的大小和分布也是一种重要的稳定性措施。通过合理的荷载布置和荷载控制，可以减少边坡受到的力的作用，从而降低边坡的稳定性风险。3 城市复杂条件下高陡边坡的绿色支护设计 3.1 绿色支护设计原则 3.1.1 生态适应性 绿色支护设计应考虑当地生态环境的特点和要求，选择适应性强的植物种类和土工材料。植物的选择应考虑其对当地气候、土壤条件和水分要求的适应性，以确保植被能够良好生长并发挥支护作用。3.1.2 生物多样性 绿色支护设计应鼓励保护和增加生物多样性。通过选择多种植物物种和提供适宜的生境，可以吸引不同类型的动植物栖息和繁衍，增加生物多样性，并促进生态平衡的维持。3.1.3 水土保持 绿色支护设计应注重水土保持原则。采取合理的水土保持措施，如设置梯田、沟渠、防护堤等，减少坡面径流和侵蚀，保护土壤和水资源。3.2 绿色支护设计方案的选择与优化 在城市复杂条件下高陡边坡的绿色支护设计中，选择和优化绿色支护设计方案是至关重要的。以下是一些常见的选择和优化方案的考虑因素：（1）边坡特征：首先要充分了解边坡的特征，包括坡度、坡高、土质、地质条件等。这些特征将影响支护方案的选择和优化，例如在较陡峭的边坡上可能需要采用更强大的支护结构。（2）环境条件：城市环境下的边坡通常受到周围环境的限制，如交通、建筑物、地下管线等。在选择和优化绿色支护设计方案时，需要考虑这些环境条件，确保方案与周围环境的协调性和安全性。（3）支护效果：绿色支护设计方案的选择和优化应考虑其支护效果。方案应能够提供足够的抗滑能力、抗倾覆能力和抗侵蚀能力，以确保边坡的稳定性和安全性。在选择和优化绿色支护设计方案时，可以采用以下方法：综合评估：综合考虑边坡特征、环境条件、支护效果、可持续性和经济性等因素，进行方案的综合评估。权衡各个因素的利弊，选择最优的方案。模拟分析：利用数学模型或边坡稳定性分析软件，模拟分析不同方案的稳定性和效果。通过对比分析，选择稳定性较好且符合要求的方案。参考实例：参考已实施的类似项目的实例，借鉴成功的经验和教训，以优化设计方案。需要注意的是，选择和优化绿色支护设计方案是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多个因素。在进行选择和优化时，应充分了解边坡的特征和环境条件，结合实际情况和可行性，选择最适合的绿色支护设计方案。3.3 绿色支护结构的构造与材料选择 绿色支护结构的构造和材料选择是城市复杂条件下高陡边坡绿色支护设计的重要方面。以下是一些常见的绿色支护结构构造和材料选择的考虑因素：（1）生物工程技术：生物工程技术是一种常见的绿色支护结构构造方式，通过利用植物和其他生物来加固边坡。常见的生物工程结构包括生物毡、生物垫、生物网等。在选择生物工程技术时，应考虑其适用性、施工难度和维护成本等因素。（2）土工合成材料：土工合成材料是一种由合成纤维和土壤等组成的材料，具有较高的抗拉强度和抗滑性能。常见的土工合成材料包括土工格栅、土工布、土工膜等。选择土工合成材料时，中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 126 应考虑其抗拉强度、耐候性、透水性和透气性等性能。（3）植被材料：在绿色支护设计中，选择适合的植被材料也是关键。植被材料可以是草坪、地被植物、灌木、乔木等。在选择植被材料时，应考虑其根系发育情况、抗侵蚀能力、适应性和美观性等因素。（4）环境友好材料：在绿色支护设计中，应优先选择环境友好的材料。这些材料应具有良好的生物降解性能，不会对土壤和水质造成污染。同时，材料的生产和使用过程也应尽量减少对环境的影响。4 结束语 总之，城市复杂条件下的高陡边坡稳定性问题是城市规划和工程建设中的重要课题，需要进行深入研究和科学设计，以保障城市的安全和可持续发展。参考文献 1王玉松.岩质高陡边坡开挖稳定性分析及支护优化设计D.贵阳:贵州大学,2021.2缪海宾.抚顺西露天矿高陡边坡蠕变-大变形综合预警及防治技术研究D.阜新:辽宁工程技术大学,2020.3李钰.基于指标体系的复杂高陡边坡风险评估及应用研究D.重庆:重庆交通大学,2020.4何隆祥.城市限定条件高陡复杂结构边坡稳定性评价与绿色支护设计D.长春:吉林大学,2014.5李欣丰.堆积体高陡边坡开挖稳定性分析与加固技术研究D.长沙:湖南大学,2014.6隋明昊.岩质高陡边坡锚杆土工网垫喷播植草生态护坡结构稳定性研究D.青岛:青岛理工大学,2012.