高速公路路塹邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

郭秩映

摘要：在高速公路建設(shè)中，邊坡工程較多，施工難度大，變形量大，處理不當(dāng)易引起增加投資、延誤工期、造成災(zāi)害等不良后果，因此地質(zhì)勘察成為邊坡穩(wěn)定性分析中的重要環(huán)節(jié)之一。文章分析了某高速公路路塹邊坡穩(wěn)定性的影響因素，可為類似路塹邊坡的穩(wěn)定性分析提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；路塹邊坡；穩(wěn)定性；影響因素

1.工程概況

以某高速公路為例，其開(kāi)挖總長(zhǎng)度為31.22km，施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，典型路塹路段樁號(hào)為K12+900～K13+020的路段，其最大開(kāi)挖深度為18.0m，本文通過(guò)分析典型挖方路塹路段的穩(wěn)定性參數(shù)，對(duì)其中的錨桿預(yù)應(yīng)力值、錨桿加固設(shè)計(jì)等參數(shù)作出進(jìn)一步優(yōu)化，從而提高施工路段的安全性和穩(wěn)定性。

2.工程地質(zhì)情況

2.1地質(zhì)條件

針對(duì)該工程的具體情況，本文采用了微分電測(cè)深、工程地質(zhì)測(cè)繪、原位測(cè)試、鉆探等地質(zhì)勘察方法，以了解該段路塹邊坡的滑坡規(guī)模、巖土體特征和滑動(dòng)面位置等情況，從而制定有針對(duì)性的施工方案。（1）地理?xiàng)l件：首先從該段路塹邊坡的自然地理?xiàng)l件來(lái)看，地形復(fù)雜，屬于典型的丘陵地貌，地勢(shì)高差較大，原始地面高程290.0m～324.5m，山體坡度介于10°～25°之間。局部有基巖裸露，植被發(fā)育較好。（2）地層巖性條件：經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，在勘察深度范圍內(nèi)，該路段出露的地層主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂巖以及第四系更新統(tǒng)（QP）粉質(zhì)粘土等。（3）水文地質(zhì)：對(duì)水文地質(zhì)的勘察可以從地表和地下水兩個(gè)方面開(kāi)展，從地表水來(lái)看，該路塹段無(wú)地表水體發(fā)育，只有在暴雨季節(jié)才有可能出現(xiàn)地表徑流，地表水向低洼地帶排泄，其中部分沿裂隙直接滲入到滑坡體內(nèi)。（4）地質(zhì)構(gòu)造：通過(guò)對(duì)該路塹邊坡路段的地層時(shí)代和巖相古地理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，該路塹邊坡及外圍一定范圍內(nèi)，具有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，即泥盆晚期～三疊晚期，而該路段在進(jìn)入三疊晚期后，直到侏羅早期，均具有非常明顯的沉降運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造獨(dú)特。

2.2水質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)3處鉆孔中所獲取的3組地下水試樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，并對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行判定發(fā)現(xiàn)，該場(chǎng)區(qū)的地下水對(duì)鋼筋混凝土及該結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有輕微的腐蝕性。

2.3巖土物理力學(xué)性質(zhì)

對(duì)于該工程，經(jīng)勘察共獲取擾動(dòng)土樣2件和原狀土樣7件，對(duì)其進(jìn)行巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)等分析，并在野外對(duì)其實(shí)施15次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

3.建立模型

在實(shí)際勘察的基礎(chǔ)上，根據(jù)該路塹邊坡實(shí)際情況，運(yùn)用大型有限元軟件FLAC建立了關(guān)于該路塹邊坡的有限元模型：（1）該路塹邊坡的整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程屬于淺挖邊坡，建模時(shí)只需考慮坡體本身的自重力。（2）邊坡的左右邊界，對(duì)水平方向的自由度進(jìn)行固定，并適當(dāng)進(jìn)行滑動(dòng)約束，同時(shí)將垂直方向的自由度釋放，固定約束模型底部，以模型頂部為自由邊界面，對(duì)整個(gè)破體的自然滑動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬和演示。（3）應(yīng)用摩爾—庫(kù)倫模型作為本構(gòu)模型，下表1為各材料的相關(guān)參數(shù)。

4數(shù)值模擬影響路塹邊坡的相關(guān)因素

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，路塹邊坡的穩(wěn)定性影響因素眾多，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件等情況，明確巖體抗拉強(qiáng)度、粘聚力、水位、內(nèi)摩擦角、巖體密度等影響因素，然后分別建立對(duì)應(yīng)的參數(shù)模型，分析各因素對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定性的影響。

（1）粘聚力。根據(jù)粘聚力不同的參數(shù)模型數(shù)值，可以分析判斷出邊坡穩(wěn)定性與粘聚力的關(guān)系，隨著粘聚力的不斷增加，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)也會(huì)不斷增加，但是增加速度會(huì)逐漸趨于緩慢。

（2）內(nèi)摩擦角。隨著內(nèi)摩擦角的變化，路塹邊坡穩(wěn)定性也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)改變，在內(nèi)摩擦角從13°增加至38°時(shí)，路塹邊坡的穩(wěn)定性也明顯提高。

（3）坡度。為了解坡度與坡穩(wěn)定性的關(guān)系，可建立不同坡度的參數(shù)模型，如坡度為0.8、1.0、1.6、2.0、2.7、2.9等，通過(guò)對(duì)塑性區(qū)和穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而判斷坡度與邊坡穩(wěn)定性這兩者之間所具有的關(guān)系。

（4）巖體密度。除了上述因素外，巖體密度與邊坡穩(wěn)定性也具有一定關(guān)系，通過(guò)改變巖體密度，對(duì)其穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出了如圖1的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)分析可知，巖體密度與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)呈反比例關(guān)系，也就是說(shuō)隨著巖體密度的增大，邊坡穩(wěn)定性會(huì)相應(yīng)降低，這也是進(jìn)入雨季，需要對(duì)坡體進(jìn)行排水避免雨水滲入的重要原因。

（5）巖體抗拉強(qiáng)度。在分析過(guò)程中，為了解巖體抗拉強(qiáng)度的影響，可通過(guò)改變巖體抗拉強(qiáng)度，模擬相關(guān)數(shù)值，對(duì)其與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系進(jìn)行分析，模擬結(jié)果如下圖2所示，在巖體抗拉強(qiáng)度達(dá)到2.8MPa以上時(shí)，巖體抗拉強(qiáng)度變化不會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性，在巖體抗拉強(qiáng)度位于臨界值（2.8MPa）以內(nèi)時(shí)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)具有一定影響，但是在超過(guò)該臨界值后，對(duì)邊坡穩(wěn)定性基本無(wú)影響，由此可見(jiàn)，與其他因素相比，巖體抗拉強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響相對(duì)較小。

（6）水位線。在模型底平面設(shè)置水位標(biāo)準(zhǔn)線，然后建立不同水位線高度的模擬模型。通過(guò)對(duì)水位線與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水位線越高，越容易出現(xiàn)小邊坡破壞的情況，尤其是在水位線高度達(dá)到4m以上，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)會(huì)急劇下降，說(shuō)明水位線在超過(guò)一定高度后會(huì)急劇降低邊坡的穩(wěn)定性。

5.分析各因素敏感性

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，各因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有不同的影響規(guī)律，所以為掌握各因素的敏感性，應(yīng)采用一元化的單位對(duì)各因素的影響進(jìn)行衡量，充分利用參數(shù)敏感度分析方法對(duì)其影響效果進(jìn)行分析。

在上述公式中，Si越大則意味著xi與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系越大，計(jì)算的各影響因素敏感度，其中內(nèi)摩擦角所具有的敏感度最大，說(shuō)明其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響最明顯，其次為密度和粘聚力，抗拉強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的敏感度最低。

6.結(jié)論

高速公路路塹工程建設(shè)過(guò)程中邊坡穩(wěn)定性控制極為重要，應(yīng)盡可能將邊坡失穩(wěn)造成的危害降至最小，根據(jù)工程情況分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，并對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有助于增強(qiáng)公路邊坡的穩(wěn)定性，雖然本工程穩(wěn)定性計(jì)算及模擬設(shè)計(jì)等仍存在一定不足，但它為公路工程建設(shè)提供了一種簡(jiǎn)單可行的定量分析方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文娟.土質(zhì)路塹高邊坡穩(wěn)定性分析與加固措施研究[D].中南大學(xué)， 2011.

[2]卜艷春.公路路基邊坡穩(wěn)定性及防治措施[J].交通世界：運(yùn)輸車輛， 2012（9）：160-161.

[3]黃舉松，卿翠貴，姚文杰.淺析已運(yùn)營(yíng)高速公路高邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)防控工作研究[J].西部資源， 2017（02）：123-125.

[4]張麗平.探討巖溶區(qū)高速公路橋梁樁基的地質(zhì)勘察[J].西部資源， 2017（03）.

[5]趙國(guó)軍，陳釩，歐陽(yáng)汛.石膏質(zhì)巖隧道工法優(yōu)選[J].西部資源， 2017（02）：187-192.

[6]曹春山，樊友麗，王存良.公路施工中的軟土地基處理方法[J].西部資源， 2015（06）：58-59.