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岩土工程中边坡稳定性分析以及检测方法研究

2022-04-19魏小涛林坚罗财金

粘接 2022年3期
关键词:边坡稳定性施工方案分析方法

魏小涛 林坚 罗财金

摘 要:岩土工程施工过程中,常会因为各种因素造成边坡稳定性改变;若未及时进行科学分析与检测,岩土工程的施工安全得不到保障,工作人员的生命受到威胁,给社会经济造成损失。就此针对边坡稳定性检测内容和技术,分析了影响边坡稳定性的内在与外在因素,探究了实时监测、雷达扫描和声发射检测等常用的检测技术,提出岩土工程中边坡稳定性施工方案的优化措施,促进其设计更加专业化,以提升岩土工程施工质量。

关键词:岩土工程;边坡稳定性;分析方法;检测技术;施工方案

中图分类号:TU43;TV223       文献标识码:A文章编号:1001-5922(2022)03-0109-04

Study on slope stability analysis and

detection method in geotechnical engineering

WEI Xiaotao, LIN Jian, LUO Caijin

(Fujian Institute of Geotechnical Engineering Survey and Research Co. Ltd., Fuzhou 350108, China)

Abstract:

In the actual construction process of geotechnical engineering, slope stability is often changed because of various factors. If there is no scientific analysis and detection in time, the construction safety of geotechnical engineering cannot be guaranteed, which poses a threat to the lives and social economy of staff. Therefore, the stability analysis and detection of slope is of great significance. This paper expounds the content and the technology of slope stability test, analyzes the inner and outer factors which influence the stability of slope, explores commonly used detection techniques such as real time monitoring, radar and acoustic emission detection. Slope stability in the geotechnical engineering construction scheme optimization is put forward to promote the design more professional as well as to enhance the geotechnical engineering construction quality.

Key words:

geotechnical engineering; slope stability; analysis method; detection technology; construction plan

在巖土工程施工中,降雨量、风力、岩性、水文地质条件等众多因素都会影响到边坡的稳定性。众多领域都需要对边坡稳定性进行充分检测,以降低灾害的发生概率。为确保岩土工程的安全、高质量施工,需要采用相关方法与技术对边坡稳定性进行分析和检测,例如,瑞典圆弧技术、极限平衡技术等分析方法,以及边坡声发射检测、雷达探测等检测技术,对工程坡体结构进行有效监控与精确测量,结合边坡实际状况,对施工方案设计进行优化,以保证工程的稳步进行,满足岩土工程的施工要求。

1 边坡稳定性检测内容及技术

1.1 边坡稳定性检测

很多工程领域都离不开边坡的稳定性分析环节,例如,岩土工程、水利工程以及土木工程等,在岩土工程施工前进行充分的边坡稳定性分析,有利于减少地质灾害的发生。岩土工程中边坡稳定性检测主要是对表征稳定性的因素及其变化进行监控和测量,以更好掌握边坡情况,从而提出科学、合理的边坡工程施工方案,保证边坡施工的安全。通常,首先要依据区域内边坡状况,检测边坡附近水文地质情况;然后,经专家和相关技术人员确定检测方案,组建专业的检测网点。最后,结合岩土工程施工特点,策划工程中突发灾害的预防和治理措施,确保边坡岩土工程的质量以及施工安全性、稳定性[1]。

1.2 岩土工程中边坡稳定性影响因素

1.2.1 外部因素

外部自然环境是影响边坡稳定性的重要因素,例如,降水量、植被覆盖率、风力作用以及地震等。不同的地理位置和气候条件都会造成降水量的不同。大量的雨水渗透到岩土中,会增加土体间空隙的压力,导致降低边坡自身应力和稳定性,对岩土工程的施工造成不小的困难和风险[2]。如果坡体上的植被遭到破坏,缺少了植物根系的固定,会降低坡体的稳定性。另外,虽然风蚀作用对岩土工程的影响较小,但长时间的风蚀作用,会使得边坡土层结构面规模扩大,影响边坡稳定性。

1.2.2 内在因素

边坡原本的坡度也会影响到边坡的稳定性,如果坡度越小,其稳定性也就越好;相反,坡度越陡,稳定性也就越差。岩石的孔隙度越小、抗剪强度越高,边坡稳定性也就越高,岩石的层理、片理方向等构造也会影响其力学性质。另外,边坡的水文地质情况一定程度上也会影响到其稳定性,地表水的渗入和地下水的活动会减小岩体结构面间的摩擦力和内聚力,使岩土变得松软,边坡的稳定性也就会降低。

1.3 边坡工程监视与检测技术

选择合适的技术和设备,能够更好地保证边坡施工的质量,提升岩土工程施工过程中边坡的稳定性[3]。为增强对边坡稳定性的检测,可积极应用高精度的监测技术,如表1所示,介绍了具体的边坡稳定监测技术。

2 岩土工程边坡稳定性分析方法

2.1 瑞典圆弧技术

利用瑞典圆弧法能够很好的对边坡稳定性进行计算与分析。假设发生土坡滑动时,其滑动面近似为圆弧形状,故土体内部的相互作用力忽略不计,在图纸平面上,将滑动面上方的土壤划分成n个宽度均匀、从上到下垂直的土条[4]。分析每个土层上的作用力,通过分层次的测量最终计算出坡体的稳定系数。稳定系数的表达方式:

K=抗滑力矩滑动力矩

岩土工程中,瑞典圆弧技术的应用,能够通过对坡度、滑坡面等数据的测量与计算,得出近似的平面数据,结合坡体实际情况,优化测量方法,分析出岩土工程中较为精确的坡体的稳定性。

2.2 极限平衡技术

极限平衡技术是实际工程中最常使用的一种方法,采用斜坡上滑块或滑体的力学平衡原理,分析受损斜坡的受力状态、斜坡上的抗滑力与下滑力之间的关系,对斜坡的稳定性进行评价。基于摩尔-库仑的抗剪强度理论,将边坡平面分为均匀的若干个土条,呈垂直状态,依据这些土体,建立关于作用力的平衡方程式,从而计算出岩土工程中边坡的安全系数[5]。实际施工过程中,极限平衡技术的应用虽然有些破坏岩土的严密性,但其稳定性的计算数值较为准确。

3 岩土工程中边坡稳定性的检测方法

3.1 岩土工程边坡稳定性监控与检测系统

边坡稳定性监控与检测系统的组成,包括计算机控制机房、自由全站仪等设备。检测系统的应用,首先,要能够充分结合岩土工程边坡的特点,选择合适的边坡监控测量点,对基准点进行合理布设;通常每个方向都不少于3个点位,做好水平和垂直方向点位的标注,对区域内收集的相关数据进行边坡稳定性的分析[6]。每次检测前,都要观察布设基准点的稳定情况,如出现问题,及时作出应对方案,以确保检测系统的合理性和准确性。其次,在互联网时代,要积极引入计算机网络技术,对边坡的稳定性进行实时监控,能够第一时间获取报警信息。边坡稳定性监控与检测系统如图1所示。

3.2 岩土工程边坡雷达检测

岩土工程中雷达技术的应用,能够提高数据检测的准确性,对工程施工中边坡的稳定性进行更好的分析。边坡雷达检测系统中,边坡雷达检测分辨率达到了0.5 m,因此,能够对300 m到2 000 m的距离进行测量[7]。合成孔径雷达(SAR)技术的使用,使得检测系统能够全天候地对地实时观测,增强检测数据的精确性。另外,能够运用雷达扫描功能,例如,对边坡某一区域进行多次扫描,经信息对比与处理以后,得到更加准确的边坡位移程度;边坡雷达工作过程如图2所示。除了获得更加精确的检测数据外,还能够将这些数据进行直观呈现,以图片的形式上传到显示器,使得专家或者检测人员可以直观感受到检测画面,提升数据分析的有效性。

3.3 岩土工程边坡声发射检测

岩土工程边坡声发射系统如图3所示。传感器与埋于坡面下的波导管相连,波导管内安装有压电换能机,组成声发射检测系统。一般情况下,波导管的安装方式为钻孔安装,用以传送超高频电磁波,脉冲信号被传达到传感器过程中,损耗非常小。理想情况下,可将波导管安装到坡面以下任何可能影响到边坡稳定的地层。使用粗砂或者砾石填到波导管和钻孔之间的缝隙,砂砾石作为波发出的源头,能够使得声发射检测系统对土壤的位移更加敏感。声发射系统的应用,需要充分结合岩土工程特点,完善检测方案,以确保声发射检测系统的整体质量[8]。

4 岩土工程边坡稳定性施工方案

4.1 明确边坡施工的核心标准

岩土工程施工负责单位需要按照科学标准进行检测、施工,整合测量数据和实际情况之间的差别,对边坡岩土的物理力学性质进行分析,提升不同岩土地层采集数据的可操作性。岩土工程施工方案的确定,需要对边坡实地情况进行考察,充分考慮到岩土体的性质,分析土体样本的结构,试验之后确定出扰动土样,以确保坡体土地结构分析可靠性,满足核心标准下边坡施工的核心需求[9]。

4.2 构建适当的检测方案

为保证岩土工程施工质量,需要构建适当的检测方案,规范相关技术的应用。例如,使用位移检测技术时,可将移动观测点设定在坡体剖面线的位置,使用80 cm长的钢筋,其中50 cm的深度位于坡体地下供观测使用,剩余30 cm位于坡体地上部分,还需要设计完成针对钢筋的保护方案,以确保位移检测技术的检测可靠性。岩土工程边坡检测方案可积极引入智能化监控系统,对边坡数据进行实时检测,应用传感器获取相关数据之后传输给监控系统,一旦发现数据超出安全范围,立刻发出警报,以防造成地质灾害,危及人员生命安全。在实际测量数据相对复杂的情况下,结合工程需求构建并改进检测方案,提高岩土工程施工过程边坡的稳定性[10]。

4.3 明确动态化的设计方案

岩土工程边坡施工过程中,施工单位需要作出应对复杂地质以及突发地质情况的动态方案,提前对边坡的植被、地下水以及岩石性质等信息进行充分研究,当地质条件较为复杂时,应作出稳定性的边坡支护方案,保证边坡的稳定性和施工的安全性。另外,应增强技术人员的专业能力,使其能够正确运用稳定性检测技术,根据边坡实际情况,调整检测方案,提高对边坡稳定性数据的测量精确度,保证岩土工程边坡施工的整体质量。

5 结语

综上所述,不可避免地存在众多因素会影响到边坡的稳定性,随着科技的发展,已有很多设备和技术可应用到边坡的稳定性分析与检测工作中,例如,雷达检测技术、声发射检测技术等,应结合岩土工程的特点以及边坡的实际地质状况,选择合适的检测

方法,通过对计算机系统的引用,促进对边坡的实时监控,确定并完善边坡稳定性监控与检测方案,以保证边坡施工的稳定性,提升岩土工程施工质量。

【参考文献】

[1] 朱泽雄,杨旌,于维学,等.高边坡稳定性分析与评估[J].湘潭大学自然科学学报,2016,38(4):20-25.

[2] 宋亚亚,何忠意,朱佩宁,等.降雨入渗对非饱和土边坡稳定性影响的参数研究[J].水利与建筑工程学报,2019,17(3):72-78.

[3] 杨勇勇.大数据时代岩土工程监测面临的机遇与挑战[J].工程技术研究,2020,5(21):234-235.

[4] 卢玉林,薄景山,陈晓冉,等.瑞典圆弧法积分模型的边坡稳定性解析计算[J].应用力学学报,2017,34(2):257-263.

[5] 杨正玉,刘顺青,崔雨.有限元极限平衡法与强度折减法在边坡稳定性分析中的对比[J].水科学与工程技术,2020(1):74-76.

[6] 刘柏龄.岩土工程地质灾害防治技术及预控[J].粘接,2021,45(2):163-166.

[7] 张旭波.地质雷达技术在复杂地质条件岩土工程勘察中的应用[J].西部资源,2019(3):158-160.

[8] 黎天标,杨俊强,李茂东,等.基于无线声发射技术的数据采集器研究[J].中国设备工程,2018(15):134-136.

[9] 杨成德.岩土工程中边坡稳定性分析及监测方法研究[J].工程技术研究,2020,5(3):265-266.

[10] 曹淼鑫.岩土工程中高填方边坡的稳定性分析与治理措施[J].山西建筑,2020,46(10):90-92.

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