極限平衡分析法在棄土場邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

摘要：極限平衡分析法是目前邊坡穩(wěn)定性分析中最早最完善的方法，尤其是在堆積體邊坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用較廣，本文依靠理正巖土軟件以朝陽溝隧道出口棄土場為工程實例進(jìn)行計算分析，得到邊坡不同工況下整體穩(wěn)定性和最危險滑面情況，進(jìn)而提出削坡留設(shè)平臺的方式進(jìn)行邊坡治理而使坡體穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：極限平衡分析法；棄土場邊坡；穩(wěn)定系數(shù)；削坡

1. 極限平衡法簡介

極限平衡法基本原理為巖土體會發(fā)生破壞是因為滑體內(nèi)部發(fā)生了滑動，滑動面的形狀可以是平面、圓弧面或者是對數(shù)螺旋面及不規(guī)則曲面，且滑動面上土體服從破壞條件?；瑒用嫘纬傻母綦x體，通過考慮其靜力平衡，確定滑動發(fā)生的破壞荷載，再將隔離體分成若干豎向條塊，對條間力進(jìn)行簡化，考慮各條塊的靜力平衡，確定滑面滑動的破壞荷載，并且得到的是一系列滑面滑動的破壞荷載，這就是條分法。極限平衡法能夠滿足力和力矩的平衡，摩爾—庫倫破壞準(zhǔn)則和應(yīng)力邊界條件，因其物理意義明確，計算結(jié)果可靠，方法簡單而在實際工程中廣泛應(yīng)用。

2工程實例

2.1項目概況

赤峰至喀左客運專線CFSG-5標(biāo)朝陽溝隧道出口棄土場位于赤峰市元寶山區(qū)平莊鎮(zhèn)老西營子村，棄土來源于朝陽溝隧道出口段施工棄土，成分以黃土和強風(fēng)化泥巖為主，棄土場為自然堆砌，平面大致呈圓形，棄土場現(xiàn)已形成三級臺階，每級平臺寬約6m，坡角40°左右。棄土場所處地形為低山丘陵地貌，地形起伏較大，渣場位于溝谷一側(cè)，東北高西南低，渣場頂部標(biāo)高612m，前緣坡腳標(biāo)高581m左右，壓占范圍內(nèi)無常年地表徑流，雨季時沿溝谷地勢排出，局部在松散表土層形成上層滯水，沿巖層節(jié)理裂隙下滲排泄。

2.2 穩(wěn)定系數(shù)及力學(xué)參數(shù)選取

該棄土場邊坡主要為路塹排棄物組成，其壓占范圍的地層主要由黃土、基巖構(gòu)成。由于土堆填方較高、修砌平臺不規(guī)則，排棄物多為路塹開挖的黃土等易滑落散體材料等因素對邊坡穩(wěn)定性存在著不利影響。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，考慮到邊坡前緣無主要保護對象，綜合確定該邊坡安全等級為二級。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）、巖土工程勘察報告以及現(xiàn)場調(diào)查情況綜合確定本次邊坡穩(wěn)定分析所用的物理力學(xué)參數(shù)。

2.3 計算剖面選取

棄土場邊坡坡度、厚度以及原始基底地面線的坡度直接影響著棄土場邊坡的穩(wěn)定性，因此剖面的選取以堆料厚、坡度陡為原則選取較危險的剖面進(jìn)行計算。本次邊坡穩(wěn)定性分析根據(jù)業(yè)主單位提供的有關(guān)資料，土堆形成前后地形圖、土場設(shè)計圖紙、巖土工程勘察報告以及調(diào)查情況，考慮到土場形狀，綜合選取1個剖面為計算斷面，并采用理正巖土軟件計算，為設(shè)計修建擋墻且處于地形溝底的1-1剖面，該剖面坡最大坡度為1：1.6。

2.4 邊坡穩(wěn)定性計算

（1）邊坡穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

朝陽溝棄土場邊坡為二級邊坡，邊坡工程穩(wěn)定性計算時其一般工況的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30，地震工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10。

（2）計算結(jié)果

針對本次布設(shè)的1個邊坡剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算，對剖面的最危險滑動面進(jìn)行搜索，并確定其穩(wěn)定系數(shù)，同時對邊坡沿基底滑動的整體穩(wěn)定性進(jìn)行計算，計算結(jié)果如表1所示。

（3）結(jié)果分析

理正計算結(jié)果顯示剖面的最大坡度為1：1.6，土場位置原始地形坡度約為14o，邊坡棄土料的巖土性質(zhì)及其均勻性對邊坡穩(wěn)定存在很大的影響。經(jīng)計算邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.320>1.30，說明邊坡整體穩(wěn)定，沿基底滑動的可能性很小，應(yīng)重點分析土料的穩(wěn)定狀態(tài)。

對邊坡進(jìn)行最危險滑動面的搜索，一般工況計算結(jié)果中最小穩(wěn)定性系數(shù)為0.990<1.00，地震工況穩(wěn)定性系數(shù)為0.879<1.10，說明該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，急需采取治理措施，以滿足穩(wěn)定要求。潛在最危險滑動面為圓弧滑面，滑裂面位于邊坡中上部。

2.5 棄土場邊坡治理建議

經(jīng)過對棄土場邊坡計算剖面的穩(wěn)定性計算分析，結(jié)果表明計算剖面穩(wěn)定性系數(shù)為0.990，不能滿足二級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；需通過采取削坡留設(shè)平臺的方式進(jìn)行邊坡治理，考慮到邊坡形狀、地理位置及地層組成，邊坡坡率按1：3.0進(jìn)行放坡，每10m高度布設(shè)一級臺階，臺階寬度5m。修整后邊坡一般工況的穩(wěn)定性系數(shù)為1.419>1.30，地震工況的穩(wěn)定性系數(shù)為1.190>1.10，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足安全要求。

3 結(jié)論

該土場基底地層強度較高，原始地勢稍陡，經(jīng)試算基底整體穩(wěn)定性能夠滿足規(guī)范技術(shù)要求。對棄土場邊坡主滑剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析，結(jié)果表明土堆處于不穩(wěn)定狀態(tài)，急需采取治理措施。對土堆坡度超過1：3.0的部分按1：3.0進(jìn)行修整，每10m高布設(shè)一級臺階，平臺寬度5m。修整后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到有關(guān)規(guī)范要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)?？紤]到降雨對邊坡穩(wěn)定性的不利影響，建議及時完善排水系統(tǒng)以減少降雨帶來的危害，確保工程安全。

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作者簡介：張凱（1985-），男，漢族，遼寧阜新，碩士研究生，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害勘查、設(shè)計及相關(guān)巖土工作。

（作者單位：中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司）