南平市延平區(qū)后山較高處路塹高邊坡建模實例分析

鄭志平 （深圳市市政設(shè)計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 前言

隨著交通量快速增長，南平市延平城區(qū)連接內(nèi)外城區(qū)工程正在實施。因山體密集，道路建設(shè)條件受限，40～70m高路塹邊坡大量存在。近十五年間延平區(qū)發(fā)生了大量的山體滑坡，甚至發(fā)生了泥石流災(zāi)害，嚴(yán)重影響了道路甚至鐵路正常運行，中國科學(xué)院曾組織專家進(jìn)行調(diào)查[1]。

1 南平市延平區(qū)滑坡原因分析

綜合資料，滑坡等常發(fā)的主要原因如下。

地形因素：部分山體較陡，歷史上有過老滑動面。圍椅狀地形匯集大量雨水，長期降雨雨水滲入滑坡體；開墾農(nóng)田、修建工程對坡腳進(jìn)行了削弱，山腰基礎(chǔ)建設(shè)增加了邊坡下滑推力，改變了坡體的穩(wěn)定狀態(tài)等。

地質(zhì)因素：主要巖性為片巖和粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化片巖和強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖巖體基本質(zhì)量等級均為Ⅴ類，巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差的，遇水易軟化，崩解；粉質(zhì)粘土、粉砂巖殘積黏性土、片巖殘積黏性土力學(xué)參數(shù)較低，遇水軟化后參數(shù)降低明顯。

水文氣象因素：南平屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，局部山區(qū)為中亞熱帶山地氣候，年降雨量平均約1430～2032mm，雨量充沛。國內(nèi)外發(fā)生的滑坡等主要與大量水體滲入滑體有關(guān)系[2-4]。

人為因素：坡體范圍渠道滲水、坡頂和坡中部加載、坡腳開挖并未進(jìn)行有效防護(hù)等。

延平區(qū)高邊坡工程，應(yīng)分析工程邊坡的地形地貌、土質(zhì)情況、充分考慮降雨量大等特點進(jìn)行處理。據(jù)資料，不同人員模型建立精細(xì)程度不一，甚至出現(xiàn)欠考慮情況。山體較高時，模型中未削坡部分的建模范圍目前說法不一，實際建模也考慮不一致。本文結(jié)合實例，對山體較高時，探討未削坡部分建模范圍，為今后類似工程分析提供參考。

2 地質(zhì)資料

閩江大橋北橋頭至316國道連接線地質(zhì)情況如下。

③粉質(zhì)粘土：灰黃、褐黃色，稍濕-濕，可塑-堅硬，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

④粉砂巖殘積黏性土：灰黃、褐黃色，稍濕-濕，可塑-堅硬，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

⑤片巖殘積黏性土：灰黃、黃褐，稍濕-濕，可塑-硬塑，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

⑥全風(fēng)化粉砂巖：黃褐色、灰褐色。粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，散體狀構(gòu)造，主要成分為粘土礦物、石英、少量暗色礦物風(fēng)化物，巖芯以土狀為主，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。遇水易軟化，崩解。

⑦全風(fēng)化片巖：黃褐色、灰褐色。變晶結(jié)構(gòu)，散體狀構(gòu)造，主要成分為粘土礦物、石英、少量暗色礦物風(fēng)化物，巖芯以土狀為主，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。遇水易軟化，崩解。

⑧1砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：灰黃色，散體結(jié)構(gòu)，巖芯呈砂土狀，手捻易散，遇水易崩解、軟化，巖體極破碎，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級均為Ⅴ類；巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差的。遇水易軟化，崩解。

⑧2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：灰黃色，淺灰色，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀，主要礦物成份為長石、石英，節(jié)理裂隙極發(fā)育，裂隙面見鐵錳質(zhì)暗色礦物充填。巖體極破碎，為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級均為Ⅴ類；巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。

⑨1砂土狀強(qiáng)風(fēng)化片巖：灰黃色，散體結(jié)構(gòu)，巖芯呈砂土狀，手捻易散，遇水易崩解、軟化，巖體極破碎，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級均為Ⅴ類；巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差的。遇水易軟化，崩解。

⑨2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化片巖：灰黃色，淺灰色，變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀，主要礦物成份為長石、石英，節(jié)理裂隙極發(fā)育，裂隙面見鐵錳質(zhì)暗色礦物充填。巖體極破碎，為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級均為Ⅴ類；巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。

⑩中風(fēng)化粉砂巖：青灰、褐灰等，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為長石、石英，巖質(zhì)較新鮮，堅硬。巖體裂隙較發(fā)育-微發(fā)育，巖芯多呈柱狀及長柱狀，巖心采取率為66%～100%，RQD多為45～90，巖石單軸飽和抗壓極限值為31.73～75.58MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為40.47MPa，屬堅硬巖，巖體完整程度主要為較完整～較破碎，局部為完整，另因構(gòu)造原因，局部構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體為破碎和極破碎，巖體基本質(zhì)量等級以Ⅱ～Ⅲ級為主，部分為Ⅳ和Ⅴ級。

中風(fēng)化片巖：青灰、褐灰等，變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為長石、石英，巖質(zhì)較新鮮，堅硬。巖體裂隙較發(fā)育～微發(fā)育，巖芯多呈柱狀及長柱狀，巖心采取率為65%～100%，RQD多為40～90，巖石單軸飽和抗壓極限值為38.2～79.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為49.31MPa，屬堅硬巖，巖體完整程度主要為較完整～較破碎，局部為完整，另因構(gòu)造原因，局部構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體為破碎和極破碎，巖體基本質(zhì)量等級以Ⅱ～Ⅲ級為主，部分為Ⅰ、Ⅳ和Ⅴ級。

3 后山較高處路塹高邊坡未削坡部分建模范圍

D0+120樁號處為路塹邊坡，道路設(shè)置主道和輔道，高差4.25m，邊坡總削坡高度為36m，山體未削坡以上約80.75m。本次依據(jù)《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194-2013）Bishop法進(jìn)行飽和工況圓弧穩(wěn)定分析。為了分析具有對比性，以下模型除坡頂未削坡范圍寬度不一致外，錨索等設(shè)置一致。

圖1 建模至削坡頂水平8m，后用水平線場平

最不利滑動面:

滑動圓心=(4.335,43.967)(m)

滑動半徑=39.648(m)

滑動安全系數(shù)=1.455

圖2 建模至削坡頂水平31.75m

最不利滑動面:

滑動圓心=(1.466,53.899)(m)

滑動半徑=52.919(m)

滑動安全系數(shù)=1.474

圖3 建模至削坡頂水平36m

最不利滑動面:

地基各巖土層設(shè)計計算指標(biāo)推薦使用值表

滑動圓心=(1.466,53.899)(m)

滑動半徑=52.919(m)

滑動安全系數(shù)=1.472

圖4 建模至削坡頂水平72m

最不利滑動面:

滑動圓心=(16.639,99.512)(m)

滑動半徑=93.338(m)

滑動安全系數(shù)=1.433

圖5 建模至削坡頂水平108m

最不利滑動面:

滑動圓心=(42.694,123.449)(m)

滑動半徑=89.563(m)

滑動安全系數(shù)=1.121

圖6 建模至削坡頂水平138m（模擬至現(xiàn)狀山頂）

最不利滑動面:

滑動圓心=(34.041,196.958)(m)

滑動半徑=162.181(m)

滑動安全系數(shù)=1.101

本實例削坡頂部現(xiàn)狀山體較緩，再往上較陡。通過上述圖分析，當(dāng)后山較高，現(xiàn)狀未削坡部分建模范圍越寬，安全系數(shù)越低。

當(dāng)削坡頂存在較緩現(xiàn)狀斜坡時，建模至削坡頂水平31.75m、36m、72m，最不利滑動面均出現(xiàn)滑弧較大的情況，故安全系數(shù)相差不太明顯，但安全系數(shù)不斷降低，即后山建模寬為削坡總高度的1～2倍范圍間安全系數(shù)相差不太大。但建模至削坡頂水平108m與138m（模擬至現(xiàn)狀山頂）時，安全系數(shù)下降明顯，且滑弧主要從坡頂?shù)谝慌佩^索及第二批錨索中滑出，分析原因為現(xiàn)狀山體表層參數(shù)較低土體較厚，后山太高，導(dǎo)致表層土體容易出現(xiàn)滑動，故對上面幾排錨索要加強(qiáng)。表層土層較厚時，雖然削坡頂存在較緩現(xiàn)狀斜坡，安全起見，建模仍應(yīng)考慮至現(xiàn)狀山頂，不容忽略不利情況的分析。

后山較陡時，由于安全系數(shù)隨著建模至削坡頂水平范圍加大而降低，故建模時應(yīng)模擬至后山山頂。

只建模至削坡頂水平8m，后用水平線代替比建模至削坡頂水平36m安全系數(shù)小，是因為場平后山后，不利土層底面線模擬太低，與現(xiàn)狀不一致，雖然后山堆載較小，但安全系數(shù)卻較低，所以后山建模應(yīng)模擬現(xiàn)狀山體，建模時不可用人為將后山場平。未削坡部分建模范圍太小，土層延伸寬度有限，容易縮短錨桿（錨索）或采取別的簡單護(hù)面形式，未能真實模擬邊坡，容易出安全事故。

4 結(jié)論

通過延平區(qū)滑坡多發(fā)原因分析及對后山較高處的路塹高邊坡實例建模分析表明：

①后山較高時，現(xiàn)狀未削坡部分建模范圍越寬，安全系數(shù)越低。當(dāng)削坡頂存在較緩現(xiàn)狀斜坡，且表層參數(shù)較低土層較薄時，后山建模寬為削坡總高度的1～2倍范圍間安全系數(shù)相差不太大。

②表層參數(shù)較低土層較厚時，雖然削坡頂存在較緩現(xiàn)狀斜坡，安全起見，建模仍應(yīng)考慮至現(xiàn)狀山頂，不易忽略不利情況的分析。后山現(xiàn)狀較陡時，安全系數(shù)隨建模至削坡頂水平范圍加大而降低，應(yīng)模擬至后山山頂。后山建模應(yīng)模擬現(xiàn)狀山體，不可人為建模時將后山場平。

③未削坡部分建模范圍不宜太小，太小則不能真實模擬后山情況，容易出安全事故。

④南平市雨水充沛，應(yīng)計算飽和工況。邊坡需遵循“減載、固腳、強(qiáng)腰、排水”的設(shè)計原則。