基于Bishop法的邊坡穩(wěn)定性分析

姚艷領(lǐng)

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

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基于Bishop法的邊坡穩(wěn)定性分析

姚艷領(lǐng)

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

利用Bishop法計(jì)算出在不同工況條件下該路段的邊坡穩(wěn)定性情況；依據(jù)區(qū)域內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采取數(shù)據(jù)的反演方法得出bishop法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在確定了內(nèi)摩察角c和粘聚力時，采用bishop法搜索最不利滑動面，并在此基礎(chǔ)定量評價(jià)滑坡的穩(wěn)定性程度，為治理措施的選擇提供了針對性較強(qiáng)的量化依據(jù)。

Bishop法；邊坡；穩(wěn)定性；治理

在當(dāng)今巖土工程領(lǐng)域，邊坡穩(wěn)定性問題一直是一個活躍的研究課題，這是因?yàn)檫吰禄率菐r土工程中主要的地質(zhì)災(zāi)害之一，往往給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。極限平衡分析法是目前評價(jià)邊坡穩(wěn)定性的主要方法，是一種基于平衡理論的數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析方法[1-4]。

1 工區(qū)概況

由于受到當(dāng)?shù)亟涤暌约爸剀囬L期反復(fù)的作用，攀枝花市米易縣鹽米路K120+300(草場鄉(xiāng))處路段發(fā)生路基沉陷以及路堤邊坡失穩(wěn)的情況，近25 m道路路基出現(xiàn)沉降變形，道路外側(cè)的邊坡也出現(xiàn)了多處裂縫和變形位移的趨勢。如果任由其繼續(xù)發(fā)展，將對當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活以及鹽米路的安全造成嚴(yán)重的影響。

根據(jù)鉆探揭露和地表調(diào)查，場地地層劃分為3個地層單元：第四系全新統(tǒng)素填土(Q4ml)；第四系路堤邊坡堆積層(Qdel)；三疊系大蕎地組砂巖(T3d)。

場地在區(qū)域構(gòu)造上處于川滇南北向構(gòu)造帶中段西側(cè)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對復(fù)雜，褶皺、斷裂較發(fā)育，以南北向構(gòu)造為主。擬建場地主要受南北構(gòu)造斷裂帶影響，根據(jù)攀西地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性分析可知，擬建場地位于基本穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。地殼屬基本穩(wěn)定區(qū)，場地附近未發(fā)生過7級以上的地震。

路堤邊坡區(qū)屬熱帶干熱河谷立體氣候。全年干雨季節(jié)分明而四季不分明，河谷全年無冬，夏季長達(dá)5個多月。多年年均降雨量1 112.6 mm，年均出現(xiàn)冬春少雨干旱，夏秋多雨現(xiàn)象，常有洪澇災(zāi)害發(fā)生。

2 路堤邊坡形成機(jī)制分析

路堤邊坡區(qū)前緣呈陡坎狀，后緣為斜坡地形，為路堤邊坡的產(chǎn)生提供了下滑空間，有利于路堤邊坡形成和發(fā)展。路堤邊坡區(qū)內(nèi)覆蓋層主要為回填碎石土及粉質(zhì)粘土。表層分布的碎石土為路基回填，壓實(shí)不足，透水性較好；下層分布的粉質(zhì)粘土層具有透水性較弱，結(jié)構(gòu)極不均勻，屬膨脹性土，粘性土含水量變化大，粘土質(zhì)重。粉質(zhì)粘土層具有遇水后易軟化、失水易崩解的工程特性，其中的粘土礦物多為高嶺土，易產(chǎn)生光滑面，為路堤邊坡的產(chǎn)生提供了物質(zhì)條件。下伏砂巖層理呈順坡向，該巖層呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀，薄層狀構(gòu)造，與上覆粉質(zhì)粘土層接觸面易形成光滑面。因路堤邊坡區(qū)處于豐水地區(qū)，導(dǎo)致降雨會加劇路堤邊坡體裂縫及滑面的形成，從而導(dǎo)致路堤邊坡的產(chǎn)生。

3 路堤邊坡穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)

根據(jù)路堤邊坡發(fā)生的地質(zhì)背景和形成機(jī)制，目前未治理時，由于路堤邊坡局部滑動過，坡體表層出現(xiàn)大量的拉裂縫，提高了路堤邊坡土體的透水性，使路堤邊坡體相對于滑床而言成為富含水體。在暴雨、持續(xù)降雨或加工況下，路堤斜(邊)坡的變形破壞模式為圓弧形。就目前狀態(tài)而言，在水下滲作用下，造成路堤邊坡體大量充水使其穩(wěn)定性降低是路堤邊坡體產(chǎn)生再次滑動或失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，其次地震作用也是誘發(fā)路堤邊坡再次滑動的重要因素。因此穩(wěn)定性計(jì)算分以下3種工況：目前狀態(tài)(工況Ⅰ)；天然狀態(tài)+7度地震(工況Ⅱ)；暴雨情況下，按路堤邊坡體全部飽和計(jì)算天然狀態(tài)(工況Ⅲ)。

計(jì)算中所采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)的選取合理與否，是計(jì)算評價(jià)路堤邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。具體參數(shù)根據(jù)該區(qū)域以往經(jīng)驗(yàn)以及參數(shù)反演法綜合確定，各地層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

表1 各地層物理力學(xué)參數(shù)建議值

由于路堤邊坡范圍內(nèi)主要由人工填土組成，具有土層較厚的特性，路堤邊坡將可能沿坡體內(nèi)部產(chǎn)生圓弧型滑動，利用采用北京理正軟件根據(jù)Bishop法進(jìn)行搜索最不利的滑面，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算公式如下：

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwicosθi(ai-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(ai+θi)

Ri=Nitgai+CiIi

式中KS——邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；

Ci——第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

ai——第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，(°)；

Ii——第i計(jì)算條塊滑動面長度，m；

θi，ai——第i計(jì)算條塊底面傾角和地下水位面傾角，(°)；

Gi——第計(jì)算條塊單位寬度巖土體自重，kN/m；

Gbi——第i計(jì)算條塊滑體地表建筑物的單位自重，kN/m；

Pwi——第i計(jì)算條塊單位寬度的動水壓力，kN/m；

Ni——第i計(jì)算條塊滑體在滑動面法線上的反力，kN/m；

Ti——第i計(jì)算條塊滑體在滑動面切線上的反力，kN/m；

Ri——第i計(jì)算條塊滑動面上的抗滑力，kN/m。

不同工況條件下的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同工況條件下的安全系數(shù)

根據(jù)對路堤邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性的分析與計(jì)算，路堤邊坡目前處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。但在地震或暴雨作用下存在再次滑動的可能，地震外力作用下或地下水大量下滲，其地質(zhì)條件、自然環(huán)境將會逐漸惡化，在雨季飽水的條件下路堤邊坡還存在緩慢蠕動變形的不穩(wěn)定態(tài)勢，并有向后緣縱深牽引發(fā)展的趨勢，應(yīng)對路堤邊坡采取治理措施。

4 治理措施

4.1方案1

方案1為支擋樁，排水工程，路基處理。

1) 支擋樁：應(yīng)在路堤邊坡體前緣修建支擋樁。對于支擋工程的位置，應(yīng)結(jié)合周圍的場地平整需要，盡可能利用坡體抗滑段的抗滑力，以減少支擋結(jié)構(gòu)的荷載。同時應(yīng)針對路堤邊坡及邊坡的具體特點(diǎn)，根據(jù)路堤邊坡及邊坡各部分滑面(潛在滑面)的埋深、下滑推力大小等特點(diǎn)，可分段采取不同的整治措施方案。

2) 排水工程

截水溝：在路堤邊坡體后緣邊界外側(cè)設(shè)置截水溝，將地表水引出路堤邊坡體以外。排水溝：根據(jù)路堤邊坡體實(shí)際情況可在路堤邊坡體表面設(shè)置縱向橫向截排水系統(tǒng)，盡量將地表積水引出路堤邊坡體外，從而減小地表水大量滲入路堤邊坡體內(nèi)。

4.2方案2

方案2為排水工程，支擋擋墻，路基處理。

因路堤邊坡體及其上部為林地和耕地，可對路堤邊坡進(jìn)行整體清除，做好路基處理以及截排水設(shè)施，并在下部反壓坡腳或修筑支擋擋墻進(jìn)行支擋。此方案比較利于施工，可增加邊坡處的綠化面積及景觀美化。

5 結(jié) 論

1) 該路堤邊坡在暴雨及地震作用下，存在繼續(xù)滑動的可能，應(yīng)盡早進(jìn)行治理；

2) 勘察場地處于抗震不利地段，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震第3組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，抗震設(shè)計(jì)特征周期為0.45 s；

3) 勘察場地內(nèi)地層屬中軟場地土，場地類別為Ⅱ類；

4) 場地范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一水位面，勘察期間，在路堤邊坡前緣發(fā)現(xiàn)有少量地下水滲出。地表水、地下水及地基土對砼結(jié)構(gòu)、砼中鋼筋有微腐蝕性。

[1] 蔣斌松，康偉.邊坡穩(wěn)定性中BISHOP 法的解析計(jì)算[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,37(3):287-290.

[2] 蔣斌松, 蔡美峰, 呂愛鐘.邊坡穩(wěn)定性的解析計(jì)算[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004, 23(16):2726-2729.

[3] 戴自航,沈蒲生.土坡穩(wěn)定分析簡化Bishop法的數(shù)值解[J].巖土力學(xué),2002, 23(6):760-764.

[4] 曾維國,車兆學(xué),李旭,羅淵.基于Bishop 法的露天礦邊坡穩(wěn)定分析與實(shí)現(xiàn)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2012,29(2):265-288.

ASlopeStabilityAnalysisMethodBasedonBishop

YAO Yanling

(FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China)

The usage of Bishop method to be calculated in the section of the slope stability parameters under different conditions is found to be based on empirical data of region. We take data inversion method to obtain the basic data of Bishop method when the internal friction angle and cohesion was identified in search of the sliding surface in the Bishop method. On the basis of the quantitative evaluation of landslide stability, we have found we will provide the choice of governance measures for strong quantitative basis.

Bishop method; Landslide; Stability; Treatment

2016-08-06

姚艷領(lǐng)(1989-)，男，河南人，在讀碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程，手機(jī)：18487147759，E-mail：18487147759@163.com.

TD824.7

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.020