岩土体力学强度分析及改善措施

摘　要：滑坡对工程建设的危害很大，轻则影响施工，重则破坏建筑；由于滑坡，常使交通中断，影响公路的正常运输；大规模的滑坡，可以堵塞河道，摧毁公路，破坏厂矿，掩埋村庄。本文主要针对岩土进行力学强度分析，从而提出一系列有效的改善措施。

关键词：岩土体；力学强度；改善措施
　　岩土体在受荷过程中的变形，表现为密度的变化或沿裂隙的位移：岩土体的破坏就是由一种特性状态转变为另一种丧失平衡的特性状态的过程，例如从弹性为主转变为以塑性为主，从密度变化的变形为主转变为以沿裂隙位移的变形为主[1]。岩土变形的全过程是一个从量变到质变的过程，变形的发展导致强度的变化，它们之间的关系，有的性质可以定量，有的则只能定性地加以叙述，最明显的例子是岩体的减压膨胀(卸荷扩容)或加荷压密所引起的强度降低或升高.岩土的卸荷试验表明，岩体在卸荷过程中的体积应力应变关系是非线性的。
1工程地质特性
　　工程地质特性包括了岩土物理性质和力学性质。
1.1岩土的物理性质
　　岩土的物理性质是反映岩土物理状态的性质。岩土的密度、重度和相对密度是岩土的重量指标；岩土各种类别的孔隙率是评价岩土孔隙性的定量指标，孔隙开口情况不同，有不同的孔隙率指标；岩土与水作用的性质用岩土吸水性表征，岩土的含水率、吸水率、饱水率、饱水系数及岩土的透水性等是岩土的基本水理性质指标。岩土的软化系数和抗冻系数是反映岩土软化性和抗冻性的指标。岩土的基本物理性质、水理性质指标在分析评价岩土性质、考虑风化程度、区分力学介质类型及对岩体质量划分方面都有实际应用，学生应全面理解和掌握。
1.2岩土的变形性质
　　岩土的变形性质是岩土力学性质之一。岩土单轴压力下应力——应变曲线，代表了岩土变形特征、变形阶段和各段特征应力，学习中应理解和掌握；岩土的应力——应变曲线的6种类型大致反映了工程实践中岩土在单向压力下的变形曲线类型。岩土变形指标中弹性模量和泊松比是常用指标，其他不同模量应注意区分它们的不同点。掌握岩土的变形特性和变形指标的含义，是定性定量评价岩土特性的重要基础。
2岩土的强度特征
2.1岩土的破坏
　　岩土在荷载作用下首先发生的是变形，随着荷载的增加变形加剧，岩土中局部出现微裂隙，当外荷继续增加到某一数值时，微裂隙扩展并相互连通成为破裂面，岩土从变形转化为破坏。大多数坚硬岩土，在荷载作用下没有显著变形就突然破坏，表现出脆性破坏的性质，其原因可能是岩土中裂隙发生、发展的结果，例如硐室开挖引起的围岩、特别是硐顶张裂隙，都是脆性破坏的结果；另一种破坏的可能形式是剪破，开始局部发生，然后发展成为滑面，其原因是由于压力在岩土内部诱发出了剪应力。
2.2岩土的抗压强度
　　岩土在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩土的单轴抗压强度。式中：Rc为抗压强度，MPa；P为试件破坏时的荷载，MN；A为试样截面面积，m2。
　　影响岩土抗压强度的因素可归结为两个方面：一是岩土本身因素的影响(如矿物成分、岩土结构、湿度等)；二是试验方法的影响(如试件大小、尺寸比例、试件加工与加荷速率等)。
2.3岩土的抗拉强度
　　岩土在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩土的单轴抗拉强度，或简称为抗拉强度。通常以Rt表示抗拉强度，其值等于达到破坏时的最大轴向拉伸荷载Pt除以试件的横截面面积A，即称抗拉强度。虽然在工程实践中，一般不允许拉应力出现，但拉伸破坏仍是工程岩体及自然界岩体的主要破坏形式之一，而且岩土抵抗拉应力的能力最低。
3影响岩土体滑坡稳定性的力学性能分析
　　影响滑坡稳定性的物理力学参数主要有岩土体的重度、弹性模量、泊松比、滑动面的黏聚力、摩擦角等。由于边坡岩土体在地质历史时期经受多次地质构造运动，以及地下水、风化作用等外动力地质作用，岩土体具有非均质性、非连续性、各向异性等特点，滑坡体内各点的物理力学参数均有所差异，表现出随空间和时间变化。
3.1地下流体对岩土体产生的力学作用
　　岩土体空隙中静水压力的分布与地下水头大小有关，一般岩体单位面积上承受的静水压力可表示为：式中，为静水压力，单位为Mpa；为岩土体重地下水的容重，单位为；H为地下水水头，单位为m；z为位置高程，单位为m。
3.2岩土的强度与变形关系现象学分析
(1)在一般情况下，岩土数值计算与力学分析需要的是三维条件下的应力张量与应变张量两者之间的数学关系，通常有全量型和增量型两种表达形式，并且以增量型本构方程更为普遍。
(2)模拟软岩应变软化阶段的途径之一是把应变软化看作是岩土本身的固有性质，应用连续介质力学的方法在应变空间中建立反映软化性质的弹塑性应力一应变关系。
4岩土体发生滑坡的改善措施
4.1改变边坡几何形态
　　改变边坡几何形态主要是消减推动滑坡产生区的物质 (即减重)和增加阻止滑坡产生区的物质(即反压) ，通常所谓的砍头压脚；或减缓边坡的总坡度，即通称的削方减载。这种方法是经济有效的防治滑坡的措施，技术上简单易行且对滑坡体防治效果好，所以获得了广泛的应用并积累了丰富的经验。
4.2加固工程
　　一是抗滑桩加固。抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构，自 20 世纪 60 年代开始使用以来，得到广泛应用。抗滑桩可分为全埋式和半埋式两种，半埋式多用于开挖路堑时因工程不当造成的滑坡，桩前有一定高度的临空面，在桩与桩之间可采用挡土板或挡土墙进行封闭。全埋式用于整治滑面以上桩前有抗力的整体滑动的滑坡。
　　二是预应力锚索加固。用锚索单独稳定滑坡，通常在滑坡体上设置若干排锚索，锚固于滑动面以下的稳定地层中，地面用梁或墩作为反力装置给滑体施加一预应力来稳定护坡。
4.3排水工程
排水系统的完善尤为重要，在抗滑桩施工前，沿抗滑桩靠山侧设截水沟一条，排出地表水，截水沟设在抗滑桩靠山侧有三个优点：a.防止地表水渗入滑坡体，进一步影响边坡稳定；b.防止雨水影响抗滑桩施工；c.如将其设在抗滑桩前面，则在边坡开挖时土体易产生滑移破坏截水沟。在坡面设置急流槽、排水沟进一步完善坡面排水系统，除完善坡面排水系统外，因地下水丰富，在边坡各台坡脚设置A110mm疏干孔，疏干孔深15m，具体位置视出水情况而定排水工程主要包括将地表水拦截或引出滑动区外的地表排水和降低地下水位的地下排水。
　　所有地下排水工程都须考虑自身的安全性及可靠性。一旦排水孔(或排水沟) 被堵塞、失效，不仅修复困难，而且可能造成严重后果。

参考文献
[1] 张国祥．土体最危险破坏面确定方法[J]．铁道工程学报，1996，52(4)： 55－60．
[2] 俞茂宏．岩土类材料的统一强度理论及其应用[J]．岩土工程学报，1994，16(2)： 1－9．