重慶豐都縣水天坪工業(yè)園區(qū)道路高邊坡穩(wěn)定性分析

劉博

摘 要：近年來，隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，高速鐵路、高速公路及城市道路等一大批基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目開始實(shí)施，各類高邊坡問題也隨之出現(xiàn)，給工程技術(shù)人員帶來不少難題。為此，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，運(yùn)用2種方法對(duì)豐都縣水天坪工業(yè)園區(qū)高邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。

關(guān)鍵詞：道路高邊坡；穩(wěn)定性分析；傳遞系數(shù)法；強(qiáng)度折減法

中圖分類號(hào)：TU432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.094

1 工程概況

豐都縣工業(yè)園區(qū)Z6道路右側(cè)挖方邊坡高12.60～30.20 m，長(zhǎng)約為110 m，寬約為25 m，邊坡坡頂無建筑物，邊坡坡腳為在建Z6道路。右側(cè)邊坡開挖后發(fā)現(xiàn)邊坡頂部前緣出現(xiàn)弧形張拉裂縫，裂縫距離道路中線56～64 m，裂縫最大寬度達(dá)到60 cm，裂縫長(zhǎng)度達(dá)40 m，邊坡前緣局部發(fā)生滑塌現(xiàn)象。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)地貌單元屬于剝蝕淺丘地貌，位于斜坡地帶，場(chǎng)地原始地形總體南東高、北西低，地形上為一斜坡，地形坡角較陡，一般為5°～11°，局部地段達(dá)35°。場(chǎng)地內(nèi)地形標(biāo)高241.02～292.71 m，相對(duì)高差51.69 m。

2.2 地層巖性

工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆探成果表明，項(xiàng)目區(qū)分布第四系殘坡積粉質(zhì)黏土（Q4e1+d1）和人工填筑土（Q4me），基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）淺黃色、青灰色、灰白色砂巖及暗紅色泥巖。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造上位處方斗山?jīng)_斷背斜北西翼，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀300°∠13°。場(chǎng)內(nèi)及鄰近未發(fā)現(xiàn)斷層，地層連續(xù)。在場(chǎng)地內(nèi)及鄰近基巖露頭處測(cè)得兩組構(gòu)造裂隙，裂隙發(fā)育，其特征分述如下：①組產(chǎn)狀272°∠61°，間距0.5～1.8 m，延伸長(zhǎng)1.5～5 m，面平直，張開寬1～7 mm，局部存在泥質(zhì)薄膜，貫通性好，結(jié)合差；為硬性結(jié)構(gòu)面。②組產(chǎn)狀351°∠79°，間距1.0～2.5 m，延伸長(zhǎng)1.2～3.50 m，面平直，張開寬1～3 mm，見褐色鐵質(zhì)氧化膜，結(jié)合一般，為硬性結(jié)構(gòu)面。砂巖及泥巖之間接觸面分布連續(xù)泥化夾層，結(jié)合極差，屬于軟弱結(jié)構(gòu)面。

2.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

勘察結(jié)果表明，邊坡區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象為邊坡巖體在施工過程中產(chǎn)生局部開裂或垮塌。

3 用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算模型和計(jì)算公式

3.1.1 計(jì)算模型

對(duì)在建Z6道路右側(cè)邊坡，選取3-3′剖面對(duì)該段巖質(zhì)挖方邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)邊坡的特征及其結(jié)構(gòu)面赤平投影分析，邊坡的主要破壞模式為邊坡巖體局部沿泥巖及砂巖之間順層滑移破壞。圖1為穩(wěn)定性計(jì)算剖面。

3.1.2 計(jì)算公式

邊坡的主要破壞模式為巖體局部沿層面滑移破壞，因此采用平面滑動(dòng)法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），計(jì)算公式如下：

式（1）中：r為巖土體的重度，kN/m3；V為巖體的體積，m3；θ為結(jié)構(gòu)面的傾角，°；φ為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，°；A為結(jié)構(gòu)面的面積，m2；c為結(jié)構(gòu)面的黏聚力，kPa。

3.2 計(jì)算工況

本次計(jì)算時(shí)不考慮地震力。

本次計(jì)算采用一種工況，即非正常工況。非正常工況為邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況。

3.3 計(jì)算參數(shù)的確定

計(jì)算參數(shù)采用反算法確定。根據(jù)邊坡前緣目前的變形情況，邊坡頂部前緣拉裂明顯，前緣泥巖塊體出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)痕跡，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在非正常工況下穩(wěn)定系數(shù)取1.02，由于泥巖巖體破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度很差，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 50330—2013，c值取14.30 kPa，反算求得φ值為11.50°。

3.4 計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)

利用理正巖土計(jì)算軟件6.2版，根據(jù)上述計(jì)算工況和計(jì)算參數(shù)設(shè)置，計(jì)算模型見穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖，邊坡潛在破壞范圍根據(jù)L=H/tgφ確定。本次計(jì)算共包含2項(xiàng)內(nèi)容，即按邊坡切坡前和切坡后2種情況分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。

參照有關(guān)規(guī)范，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)為：穩(wěn)定系數(shù)F≥Fst為穩(wěn)定，F(xiàn)st>F≥1.05基本穩(wěn)定，1.05>F≥1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)<1.0為不穩(wěn)定。其中，F(xiàn)st為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 50330—2013，本工程邊坡為公路施工邊坡，坡頂無重要建筑，邊坡安全等級(jí)確定為二級(jí)邊坡，邊坡安全系數(shù)取1.30.

計(jì)算結(jié)果：3-3′剖面邊坡按坡率切坡前在非正常工況下（暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下）最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.02，邊坡欠穩(wěn)定；邊坡按坡率切坡后在非正常工況下（暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下）最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.03，邊坡欠穩(wěn)定。

穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表明，邊坡按坡率切坡前和切坡后在非正常工況下均處于欠穩(wěn)定，必須對(duì)該邊坡采取工程措施予以處置，以確保施工及行人、車輛安全。

4 用強(qiáng)度折減法進(jìn)行穩(wěn)定性分析

傳統(tǒng)的極限平衡法能夠方便地得到邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，但是無法反映邊坡失穩(wěn)的趨勢(shì)和過程，采用數(shù)值模擬方法正好彌補(bǔ)了這一不足。通過建立邊坡有限元仿真模型，不斷調(diào)整計(jì)算參數(shù)，從而得到不同的結(jié)果，由此可以觀察到邊坡的變形和失穩(wěn)發(fā)展過程，從而為更好地分析邊坡提供一種技術(shù)手段。

對(duì)于強(qiáng)度折減法計(jì)算參數(shù)的影響，前人經(jīng)過研究認(rèn)為，土體的變形模量和泊松比在采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行有限元分析時(shí)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)影響較小，并建議在缺少該參數(shù)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)合理賦值。由于土體材料破壞時(shí)一般是剪切破壞，強(qiáng)度指標(biāo)和內(nèi)摩擦角是影響邊坡安全系數(shù)的主要計(jì)算參數(shù)，其中，內(nèi)摩擦角的大小直接關(guān)系到有限元強(qiáng)度折減法的計(jì)算精度，且隨著摩擦角的增大，誤差也隨之增大。此外，在進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格的密度和單元尺寸的大小也對(duì)計(jì)算精度產(chǎn)生不小影響。

根據(jù)地勘報(bào)告，得到本邊坡的巖土體參數(shù)，如表3所示。同時(shí)，將滑體的計(jì)算參數(shù)除以折減系數(shù)折減，折減后的滑體參數(shù)如表4所示。

針對(duì)豐都縣工業(yè)園區(qū)Z6道路高邊坡，運(yùn)用傳遞系數(shù)法和強(qiáng)度折減法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，兩者計(jì)算結(jié)果基本相符。比較2種方法，傳遞系數(shù)法較為直觀，能夠簡(jiǎn)單、方便地得出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

邊坡穩(wěn)定性分析是巖土工程領(lǐng)域的經(jīng)典課題，也是工程技術(shù)人員在工程中常常遇到的問題。本文采用傳遞系數(shù)法和強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。研究表明，傳遞系數(shù)法和強(qiáng)度折減法都可以作為一種有效的分析手段來指導(dǎo)工程實(shí)踐，使投資的效益得到提高，同時(shí)也對(duì)我國(guó)工程建設(shè)有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析：原理·方法·程序[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[2]遲世春，關(guān)立軍.基于強(qiáng)度折減的拉格朗日差分方法分析土坡穩(wěn)定性[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2004，26（1）.

[3]楊光華，鐘志輝，張玉成.用局部強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué)，2010，31（2）.

〔編輯：劉曉芳〕