公路順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響因素研究

朱志廣 周富華

摘要：文章根據(jù)順層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)機(jī)理，確定邊坡破壞時(shí)后緣張拉裂縫臨界深度，采用極限平衡模型，分析地面橫坡坡度、巖層的傾角、放坡坡比這三個(gè)因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響程度。結(jié)果表明，巖層傾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有顯著性的影響，對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：順層巖質(zhì)邊坡;穩(wěn)定系數(shù);正交試驗(yàn);敏感性分析

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，對(duì)交通建設(shè)的投入也明顯增多。在交通建設(shè)工程活動(dòng)中，順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題越來越突出，在巖質(zhì)邊坡開挖中，順層巖質(zhì)邊坡發(fā)生滑塌的案例占主要部分，因此，在工程中對(duì)順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析具有非常重要的意義。

對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析的方法大致可以分為以下幾種：（1）工程類比法;（2）極限平衡分析法;（3）數(shù)值分析法等。目前，在工程實(shí)踐中，極限平衡分析法是在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中應(yīng)用最廣泛也最實(shí)用的一種方法，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡，應(yīng)該考慮如何采用極限平衡分析法對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并根據(jù)不同的天然地面橫坡坡度、順層巖層的傾角，準(zhǔn)確選擇放坡坡比，從而使得工程能夠達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的。

1 順層巖質(zhì)邊坡張拉裂縫臨界深度確定

目前，根據(jù)巖層組合特征、層面形態(tài)、巖層走向與傾角大小，順層巖質(zhì)邊坡主要破壞模式有滑移和拉裂、塑流拉裂、滑移及壓致拉裂等破壞模式。根據(jù)筆者野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，大部分順層巖質(zhì)邊坡后緣在臨空面的影響下，逐步形成張拉裂縫，巖層被切斷，滑坡體沿著層面發(fā)生整體性滑動(dòng)破壞，如圖1所示。

在工程實(shí)踐中，通常采用極限平衡法中的平面滑動(dòng)法對(duì)順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，如圖2所示。在臨空面作用下，形成后緣張拉裂縫BC，碎裂巖體（ABCD）沿著層面AB在自重作用下發(fā)生滑動(dòng)破壞。計(jì)算公式見式（1）～（4）。

2 順層巖質(zhì)邊坡放坡坡比的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在公路路塹邊坡設(shè)計(jì)過程中，路基中線開挖深度、邊坡巖土體參數(shù)（重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角）是已經(jīng)確定的、不可控的，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行研究對(duì)工程實(shí)踐指導(dǎo)意義不大，但對(duì)于地面坡度、巖層傾角及放坡坡比對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響進(jìn)行研究，則具有重要的意義。通過研究這三個(gè)因子，可以根據(jù)不同的天然地面坡度、順層巖層的傾角，去選擇放坡坡比的緩與陡，從而使得工程能夠達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的。

因此，選擇地面橫坡坡度、巖層的傾角、放坡坡比這三個(gè)因子為研究對(duì)象，根據(jù)實(shí)際工程情況，對(duì)每個(gè)因子選擇合適的水平范圍值（見表1），然后對(duì)每個(gè)因子、每個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)組合，計(jì)算每種組合邊坡的張拉裂縫臨界深度，采用極限平衡分析法對(duì)每種試驗(yàn)組合進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，分析各個(gè)因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

本文以一個(gè)路基中心線開挖深度為15m的邊坡為例，采用單級(jí)放坡，路基寬度為8.5m，巖體的重度為26.5kN/m3，結(jié)構(gòu)面粘聚力為30kPa，內(nèi)摩擦角為25°。對(duì)每個(gè)因子、每個(gè)水平分別進(jìn)行試驗(yàn)組合，先對(duì)每個(gè)試驗(yàn)組合計(jì)算其巖體破壞時(shí)張拉裂縫臨界深度，再采用理正巖土計(jì)算軟件中的巖質(zhì)邊坡簡(jiǎn)單平面滑動(dòng)法對(duì)每種試驗(yàn)組合進(jìn)行穩(wěn)定性分析。具體的試驗(yàn)組合安排及邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 單因子分析法

采用單因子分析法，即保持一個(gè)因子變化，其余因子保持不變，分析穩(wěn)定性結(jié)果隨著因子變化情況，穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如圖3～5所示。根據(jù)結(jié)果可以得出邊坡穩(wěn)定性隨著地面坡度及巖層傾角的增大而減小，隨著放坡坡比越緩反而越小的結(jié)論，因此，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡而言，并不是放坡越緩越有利于邊坡的穩(wěn)定，因?yàn)榉牌略骄?，邊坡的高度也隨之增加，從而導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性減小。

3.2 極差分析法

極差分析法是通過計(jì)算各個(gè)因子在每一種水平上的試驗(yàn)值的平均數(shù)，根據(jù)各水平之間最大值與最小值之間的極差來反映各個(gè)因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度，極差越大，說明該因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響越大。根據(jù)表2試驗(yàn)組合結(jié)果計(jì)算各因子的極差值，計(jì)算結(jié)果見后頁表3。由表3可知，各因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響敏感性程度大小排列為：巖層傾角>地面坡度>放坡坡比，而且?guī)r層傾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響敏感性程度明顯比地面坡度和放坡坡比要大得多，說明巖層傾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有顯著影響。

4 結(jié)語

通過以上分析，總結(jié)出對(duì)順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生關(guān)鍵性影響的因素有以下3個(gè)：

（1）邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)隨著地面坡度及巖層傾角的增大而增大，隨著放坡坡比越緩反而越小。主要原因是放坡越緩，邊坡的高度也隨之增加，從而邊坡的穩(wěn)定性會(huì)隨之減小。

（2）各因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)影響敏感性程度大小排列為：巖層傾角>地面坡度>放坡坡比，而且?guī)r層傾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有顯著性的影響。

（3）在實(shí)際工程實(shí)踐中，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡，不建議邊坡放得過緩，一般以1∶0.3～1∶0.5為宜，邊坡過緩，邊坡高度亦隨之增加，反而對(duì)邊坡不利，應(yīng)采用“陡邊坡、強(qiáng)防護(hù)”的設(shè)計(jì)思路，重視巖層傾角及地面坡度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，尤其是巖層傾角，對(duì)于巖層傾角相對(duì)較大的順層巖質(zhì)邊坡，應(yīng)該加強(qiáng)防護(hù)措施，比如采用錨固、抗滑樁等加固措施。

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