边坡工程监测的内容和方法

边坡工程监测的内容和方法

黄土地区公路高边坡防护技术

一、研究背景

中国黄土分布面积约为63.1万km2，约占国土面积6.6%，主要分布在北纬33°～47°，东经75°～127°之间。西部地区黄土分布面积约27. 5万km2，占中国黄土总面积的43.7%，占西部地区国土面积的50%—60%以上。

黄土分布区，沟壑纵横，黄土冲沟及河谷区谷坡陡峻，滑坡、崩塌、滑塌、泥流等地质灾害非常发育，给公路建设带来许多困难。而作为长大线状构造物的高速公路，在这沟壑纵横，谷坡陡峻的鸡爪形地貌背景下，由于一系列技术条件的限制，不可避免的要进行大量开挖，形成黄土高边坡。如：陕西省铜川～黄陵一级公路，在黄土地区路线长度15km，因开挖路基，形成高度大于30m高边坡40余处，边坡最高达88m。

我国现行的《公路路基设计规范》中，只涉及到高度小于30米的路堑边坡的设计，而大于30米的公路黄土高边坡设计没有规范可循，对公路黄土高边坡防护技术还处于探索阶段。正因如此，本课题将从西部地区非饱和黄土物理力学性质，西部地区已建成公路黄土高边坡营运现状，黄土高边坡冲刷实验，黄土高边坡可靠度概念下的优化设计，黄土高边坡防护技术等方面展开研究，以便为西部高速公路建设中黄土高边坡设计与施工提供科学依据。

二、主要研究目标和研究内容

本项目以黄土地区重大公路工程为依托，采用“点”与“面”结合、室内试验与现场试验相结合以及理论计算与实体工程验证相结合的技术手段，重点解决公路黄土高边坡稳定性评价、坡型设计、边坡防护等技术难题，提出一套适合黄土高边坡的稳定性分析、设计和防护方法，从而大大提高公路黄土高边坡设计与防护的科学性与经济性，改善公路沿线的生态环境。本项目的主要研究内容包括：公路黄土高边坡地质结构模型研究；黄土土性参数统计分析研究；非饱和黄土强度实验研究；公路黄土高边坡稳定性分析研究；公路黄土高边坡推荐设计坡型研究；公路黄土高边坡防护技术研究；公路黄土高边坡防护决策支持系统研建。

三、主要研究成果

1、基于现场调查和室内试验，总结出八类黄土高边坡地质结构模型，为黄土地区公路高边坡稳定性分析、设计与防护提供了重要依据。

2、通过直剪、控制吸力的三轴试验与先进的三轴CT试验，研究了非饱和黄土抗剪强度、结构强度与基质吸力（含水量）之间的关系及原状黄土剪切过程中的细观结构损伤规律，提出了实用的非饱和黄土抗剪强度公式和非线弹性本构模型，使非饱和黄土抗剪强度理论研究上了一个新台阶。

3、首次开展了原状黄土边坡变形破坏机理的离心模拟试验研究，结合CAT数值模拟分析，提出了黄土高边坡的变形破坏模式，得出黄土边坡起始剪切破坏发生于坡高1/3处、边坡中下部设置大平台是保持黄土高边坡稳定的关键、对阶梯形黄土高边坡的稳定性评价宜采用裂隙圆弧法、降雨入渗对边坡的整体稳定性影响不大等重要结论。

4、提出“宽台陡坡”的设计理念，针对不同地区公路黄土高边坡给出坡型设计推荐方

案，填补了现行公路路基设计规范中有关黄土高边坡设计空白。

5、制定出黄土边坡防护的设计原则与评价准则，对黄土边坡植物防护机理、草种选择与综合防护技术进行系统研究，提出了平台植树、土工格室和绿化防护板等新型生态防护技术，总结出黄土地区公路高边坡综合防护方案。

6、基于GIS开发平台，建立了黄土高边坡基础信息数据库和专业评价模型库，通过系统集成，实现了信息的可视化提取、边坡稳定性评价和基于“模糊综合评判”的边坡防护决策分析等功能。

四、推广及应用

从推广的角度出发：课题组编制了黄土地区高边坡防护技术指南；加强媒体的宣传报道；对现行技术规范存在的技术缺陷进行完善；并在有关管理、设计、施工等部门的协调下，对研究成果进行推广。

项目研究成果在黄延、阎禹高速公路等黄土高边坡的设计中得到全面应用，并已在陕西省黄土地区公路建设中推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

（1）本课题提出的“宽台陡坡”设计理念，在黄陵—延安高速公路43处黄土高边坡设计中得到全面应用，并在施工过程中对个别边坡根据现场调查和分析计算结果，及时调整了设计方案，保证了工程建设的顺利进行。

（2）本课题提出的黄土高边坡坡型设计推荐方案，已经被陕西省交通厅采用，并在陕西省黄土地区公路建设中推广使用。

（3）课题组提出的平台植树防护方案已在两个依托工程的部分黄土边坡防护中得到应用，取得了良好的效果。

国家高速公路网总里程达8.5万公里，其中待建4.4万公里，西部地区达2.4万公里，中部地区达1.2万公里，中西部黄土分布区将迎来新一轮高速公路建设的高潮，本项目成果具有非常广阔的应用前景。