Slide軟件在山區(qū)公路路塹邊坡加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?

茍棟元，翟文光

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；2.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067；3.重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

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Slide軟件在山區(qū)公路路塹邊坡加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?

茍棟元1，2，翟文光2，3

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；2.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067；3.重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，采用Slide軟件對(duì)廣州某高速公路路塹邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了錨桿框格梁+錨索框格梁的加固方案；同時(shí)將Slide軟件計(jì)算結(jié)果同傳統(tǒng)計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)行比較，Slide計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際，且其建模、計(jì)算簡(jiǎn)單，可用于公路路塹邊坡的穩(wěn)定性分析。

關(guān)鍵詞：公路；Slide軟件；路塹邊坡；穩(wěn)定性分析

近年來(lái)，隨著中國(guó)交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，山區(qū)公路建設(shè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步。但在山區(qū)公路建設(shè)中，受地形地貌的限制，難免出現(xiàn)大量山體開(kāi)挖。開(kāi)挖的巖體在前緣形成臨空面，由于外界因素（如溫度、濕度、降雨等）的變化，其內(nèi)摩擦角和粘聚力降低，在自重作用及降雨的影響下易產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)垮塌等穩(wěn)定性問(wèn)題，進(jìn)而危害公路運(yùn)營(yíng)及行車安全。

Slide軟件由加拿大RocScience公司研發(fā)，可進(jìn)行圓弧或非圓弧滑動(dòng)的巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性和滲流模型分析，模擬多種外部荷載、地下水和支護(hù)形式。其計(jì)算方法基于豎直條分法的極限平衡分析理論，對(duì)既定邊坡可指定滑動(dòng)面使之自動(dòng)搜索滑動(dòng)面，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定概率分析和敏感性分析。該文采用Slide軟件對(duì)廣州某山區(qū)公路路塹邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并將穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果同傳統(tǒng)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，為公路路塹邊坡的穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)提供新的思路與方法。

1　邊坡穩(wěn)定性分析理論

極限平衡法是巖土體穩(wěn)定性分析方法之一。通常根據(jù)作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比，求該塊體的穩(wěn)定性系數(shù)，是被廣泛采用的路基穩(wěn)定性分析方法。該方法以Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，通過(guò)分析土體在破壞那一刻的靜力平衡來(lái)求得問(wèn)題的解。它不像傳統(tǒng)的彈塑性力學(xué)那樣引入應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系來(lái)求解本質(zhì)上為靜不定的問(wèn)題，而是引入一些簡(jiǎn)化的假定，從而使問(wèn)題變得靜定可解。

該文采用Slide軟件提供的簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算。該方法一般適用于沒(méi)有軟弱土層或結(jié)構(gòu)面的邊坡，計(jì)算結(jié)果通常代表正確結(jié)果解，且往往能得到足夠的精度。該方法考慮了條間力的作用，如圖1所示，其計(jì)算公式如下：式中：Fs為安全系數(shù)；mai=cosαi+tgφisinαi/Fs，其值通過(guò)mai曲線得到；φi為第i塊土條滑面的內(nèi)摩擦角（°）；ci為第i塊土條滑面的粘聚力（k Pa）；bi為第i塊土條的長(zhǎng)度（m）。

圖1　Bishop法計(jì)算邊坡穩(wěn)定性示意圖

2　工程概況

廣州增城沙莊至花都北興公路二期工程（荔城至花都北興段）K20+058—162右側(cè)路塹長(zhǎng)104 m，最大邊坡高33.7 m。屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地形陡峭，V形谷發(fā)育，自然坡度一般為25°～35°，坡頂、坡底地面高程51.3～35.5 m，相對(duì)高差約15.8 m，山體植被茂密。僅有鄉(xiāng)間便道抵達(dá)，交通較困難。

根據(jù)地質(zhì)資料和滑坡工程地質(zhì)勘察資料，該區(qū)地表覆蓋層為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4me）及坡殘積層（Q4dl+el），下伏基巖為燕山三期花崗巖（γ52（3））。該段路基坡面局部為土層或風(fēng)化層覆蓋，在基巖出露處有較發(fā)育的節(jié)理三組（見(jiàn)圖2）。

該段未見(jiàn)地表水，地下水有第四系孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水，均受大氣降水補(bǔ)給。地表徑流排泄條件較好，多向低洼處排泄，部分向深處補(bǔ)給。

圖2　K20+058—162段赤平投影圖

3　穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.1計(jì)算參數(shù)及工況

該邊坡所處地區(qū)年降雨量1 141.8 mm左右，降雨強(qiáng)度大，存在暴雨或連續(xù)降雨的情況，分別選取2種工況進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算：工況一為自重（天然工況）；工況二為自重+暴雨（暴雨工況）。該巖質(zhì)邊坡不利結(jié)構(gòu)面采用赤平投影分析（見(jiàn)圖2），巖層結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡無(wú)不利影響，對(duì)規(guī)模較大的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用簡(jiǎn)化Bishop法。綜合地質(zhì)勘探物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置計(jì)算參數(shù)（見(jiàn)表1）。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，鋼筋與M30水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 MPa，鋼絞線與M30水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 MPa。

表1　巖土計(jì)算參數(shù)取值

3.2穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.2.1未支護(hù)前邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

該邊坡未支護(hù)前，采用Slide軟件分別計(jì)算其在2種工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)，搜索對(duì)應(yīng)的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

3.2.2支護(hù)后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

根據(jù)Slide計(jì)算所確定的危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置采取加固處治措施，以增加安全系數(shù)，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。加固工程措施如下：第一級(jí)邊坡采用錨桿框架梁加固，錨桿長(zhǎng)11.5 m，采用?28HRB400鋼筋，傾角為20°；第二、三級(jí)采用錨索框架梁加固，錨索長(zhǎng)分別為24、26 m，錨固段均為10 m，采用4束?15.2高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線，傾角為20°；第四級(jí)邊坡采用拱形骨架植草防護(hù)（見(jiàn)圖4）。

工程支擋措施完成后，分別計(jì)算該邊坡在上述2種工況下的穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

根據(jù)圖5，邊坡加固后在天然工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.576，在暴雨工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.376，均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，加固后邊坡的穩(wěn)定性得到大大提高。

3.3與傳統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算方法的比較

采用傳統(tǒng)人工條分法計(jì)算，加固前，該邊坡在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.156，在暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為0.986；采用加固措施后，該邊坡在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.673，在暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.395。與傳統(tǒng)方法的計(jì)算結(jié)果相比，Slide計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)偏小，其原因主要是Slide軟件采用的是搜索法，通過(guò)搜索尋找到最小穩(wěn)定性系數(shù)，而傳統(tǒng)人工條分法的計(jì)算結(jié)果是通過(guò)給定的幾個(gè)滑弧計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)并取小值得到的，Slide的搜索更嚴(yán)格，人工條分法的搜索相對(duì)粗糙，加上二者計(jì)算方法相同，故Slide計(jì)算結(jié)果比人工條分法的小。

圖3　未支護(hù)前邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖4　K20+058—162邊坡加固設(shè)計(jì)（單位：m）

圖5　加固后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

4　結(jié)語(yǔ)

該文采用Slide軟件分析了某公路邊坡在天然工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性，得到不同工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)。目前，該邊坡經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，狀況良好，表明運(yùn)用Slide計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性可行，結(jié)果可靠。

采用Slide分析及計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性，建模相對(duì)簡(jiǎn)單，只需保留地質(zhì)界線，然后導(dǎo)入軟件即可。同時(shí)對(duì)不同的地層賦予不同的參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況選擇相關(guān)計(jì)算方法即可計(jì)算其穩(wěn)定性。同傳統(tǒng)人工條分法相比，Slide的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及邊坡?tīng)顟B(tài)更符合工程實(shí)際情況，有利于降低工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 馬金根.Slide在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用：以某水電站放空洞出水口邊坡為例［J］.資源與環(huán)境工程，2010，28 （4）.

［2］ 陳祖煌.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析：原理.方法.程序［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

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［5］ 高大釗，袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)［M］.北京：人民交通出版社，2006.

由圖3可知：邊坡開(kāi)挖完成后，若不采取相應(yīng)的工程支擋措施，該邊坡在天然工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.114，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)為0.971，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，均不滿足設(shè)計(jì)要求。該邊坡在自重及暴雨工況下可能發(fā)生整體破壞，需對(duì)其進(jìn)行支護(hù)加固。

中圖分類號(hào)：U418.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-2668（2016）03-0134-03

基金項(xiàng)目：?國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2015BAK09B01）

收稿日期：2016-01-21