摘要：随着我国水利水电事业的蓬勃发展，各类大型水利水电工程不断涌现。高边坡作为水利水电工程建设中常见的工程地质问题，其稳定性直接关乎工程的安全运营、经济效益以及周边环境的稳定。本文深入剖析了水利水电工程中高边坡稳定性分析的前沿方法，详细探讨了先进的加固技术，并结合实际工程案例，系统评估了这些技术的应用成效，以期为水利水电工程高边坡的科学设计、高效施工与长期维护提供全面且深入的参考。

关键词：水利水电工程；高边坡；稳定性分析；加固技术

一、引言

水利水电工程作为国家重要的基础设施，对于调节水资源、提供清洁能源、促进区域经济发展等方面发挥着不可替代的作用。在水利水电工程建设过程中，高边坡工程广泛存在，如大坝坝肩边坡、溢洪道边坡、引水隧洞进出口边坡等。高边坡一旦失稳，不仅会导致工程建设受阻、成本增加，还可能引发地质灾害，对周边居民生命财产安全和生态环境造成严重威胁。因此，对水利水电工程中的高边坡进行精准的稳定性分析和有效的加固处理，是确保工程顺利实施和长期安全运行的关键。

二、高边坡稳定性分析方法

2.1 定性分析方法

2.1.1 工程地质类比法

工程地质类比法是基于已有的成功或失败的工程案例，通过对比待分析边坡与已有案例在地质构造、岩土体性质、地形地貌、水文地质条件等方面的相似性，来推断待分析边坡的稳定性。例如，在某水利水电工程中，通过对比发现待分析边坡与附近一处已稳定运行多年的边坡在地质条件上极为相似，从而初步判断该边坡在当前状态下具有较高的稳定性。然而，该方法受主观因素影响较大，要求分析人员具备丰富的工程经验和深厚的地质知识储备。

2.1.2 赤平投影法

赤平投影法是将边坡的地质结构面（如节理面、层面、断层面等）和边坡坡面投影到赤平面上，通过分析投影图中各结构面与坡面的相对位置关系，来判断边坡的稳定性和可能的滑动模式。这种方法能够直观地展示边坡岩体的结构特征，帮助工程师快速识别潜在的不稳定块体。例如，在某边坡分析中，通过赤平投影分析发现一组节理面与坡面的组合关系符合楔形体滑动模式，从而针对性地采取加固措施。

2.2 定量分析方法

2.2.1 极限平衡法

极限平衡法是目前应用最为广泛的高边坡稳定性定量分析方法之一。它基于刚体极限平衡理论，假设边坡处于极限平衡状态，通过分析滑动面上的力的平衡关系，求解边坡的稳定系数。其中，瑞典条分法是最早提出的极限平衡方法之一，它将边坡划分为若干个垂直土条，忽略条块间的相互作用力，计算过程相对简单，但计算结果偏于保守。毕肖普法在瑞典条分法的基础上，考虑了条块间的水平作用力，使计算结果更加接近实际情况。在某水利水电工程高边坡分析中，采用毕肖普法计算得到的稳定系数为 1.25，而采用瑞典条分法计算得到的稳定系数为 1.18，两者存在一定差异。

2.2.2 数值分析法

随着计算机技术的飞速发展，数值分析法在高边坡稳定性分析中得到了广泛应用。有限元法是一种常用的数值分析方法，它将连续的边坡岩体离散为有限个单元，通过求解单元的平衡方程，得到整个边坡的应力、应变分布情况，进而评估边坡的稳定性。有限元法能够充分考虑岩土体的非线性特性、复杂的边界条件以及渗流场与应力场的耦合作用。例如，在分析某受地下水影响的高边坡时，通过有限元法模拟了地下水渗流对边坡应力场和变形场的影响，发现地下水的存在显著降低了边坡的稳定性。有限差分法和离散元法也在高边坡分析中发挥着重要作用，有限差分法计算效率较高，适用于求解非线性问题；离散元法主要用于分析节理岩体的大变形和破坏过程，能够直观地展示岩体的破裂和移动过程。

三、高边坡加固技术

3.1 锚杆加固技术

锚杆加固技术是通过在边坡岩土体中钻孔，插入锚杆并施加预应力，将不稳定的岩土体与深部稳定的岩体或土体连接在一起，形成一个共同工作的体系，从而提高边坡的稳定性。锚杆的作用机制主要包括锚固作用、组合梁作用和悬吊作用。锚固作用是通过锚杆与岩土体之间的摩擦力，将岩土体锚固在稳定的岩体上；组合梁作用是将多层薄的岩土体组合成一个整体的厚梁，增强其抗弯能力；悬吊作用是将不稳定的岩土体悬吊在稳定的岩体上，防止其滑落。在某水利水电工程边坡加固中，采用了长度为 6m 的锚杆，间距为 2m×2m ，有效地提高了边坡的稳定性。

3.2 锚索加固技术

锚索加固技术是利用高强度的钢绞线制成锚索，通过钻孔将锚索锚固在深部稳定的岩体中，然后施加预应力，对边坡进行加固。锚索的长度和拉力可以根据边坡的实际情况进行灵活调整，适用于加固大型高边坡。锚索加固技术具有锚固力大、适用范围广等优点，但施工工艺较为复杂，成本较高。在某大型水利水电工程高边坡加固中，采用了长度为 20m 的锚索，施加预应力为 1000kN，成功地控制了边坡的变形。

3.3 挡土墙加固技术

挡土墙加固技术是在边坡坡脚或其他合适位置设置挡土墙，以阻挡边坡岩土体的下滑力。挡土墙按结构形式可分为重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙等。重力式挡土墙依靠自身重力来维持稳定，结构简单，施工方便，但工程量较大；悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙则利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来抵抗土体的侧压力，适用于墙高较大的情况。在某水利水电工程边坡加固中，根据边坡高度和地质条件，采用了悬臂式挡土墙，墙高为 8m，有效地保证了边坡的稳定。

四、工程案例分析

4.1 工程概况

大型水利水电工程在建设过程中，遇到一处高度为 100m 的高边坡，坡度为 °。边坡岩体主要为花岗岩，节理裂隙发育，且地下水丰富。在施工开挖过程中，边坡出现了明显的变形和局部坍塌现象，对工程施工和周边环境造成了严重威胁。

4.2 稳定性分析

采用极限平衡法和有限元法对该高边坡进行了详细的稳定性分析。极限平衡法计算结果表明，边坡的稳定系数仅为 0.95，远小于安全系数要求。有限元分析结果显示，边坡在自重、地下水压力和施工荷载作用下，出现了较大的应力集中和变形，潜在滑动面贯穿整个边坡。

4.3 加固方案设计

根据稳定性分析结果，结合工程实际情况，制定了一套综合加固方案。在边坡上部采用锚杆支护，间距为 1.5m×1.5m ，长度为 8m ；在边坡中部和下部采用锚索支护，锚索间距为 2.5m×2.5m ，长度为 20-25m ，施加预应力为 800 - 1200kN。在边坡坡脚设置扶壁式挡土墙，墙高为 6m，顶宽为 1.2m ，底宽为 3.5m 。在边坡表面喷射混凝土，厚度为 12cm ，并铺设钢筋网。同时，设置了完善的排水系统，以降低地下水对边坡稳定性的影响。

五、结论

水利水电工程中的高边坡稳定性分析与加固技术是一个涉及多学科、多领域的复杂系统工程。通过综合运用定性分析方法和定量分析方法，能够准确评估高边坡的稳定性状况；采用先进的加固技术，并结合科学合理的加固方案设计，能够有效地提高高边坡的稳定性。在实际工程中，应充分考虑工程地质条件、边坡高度和坡度、水文地质条件以及施工工艺等因素，综合权衡各种分析方法和加固技术的优缺点，制定出最优化的高边坡加固方案。同时，加强对加固后边坡的长期监测和维护，及时发现和处理潜在的安全隐患，确保水利水电工程的长期安全稳定运行。随着科技的不断进步，高边坡稳定性分析方法和加固技术将不断创新和完善，为我国水利水电事业的可持续发展提供更坚实的技术支撑。

参考文献：

1.朱焕春. 水利水电工程中的高边坡稳定性分析方法 [J]. 岩石力学与工程学报，2023， 42 (05)：961-976.

2.刘建，王宇. 水利水电工程高边坡稳定性分析与加固设计 [J]. 水利规划与设计，2023 (04)： 81-85.

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