降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析

鐘 宇 李 果

(1.貴陽(yáng)市交通委員會(huì) 貴陽(yáng) 550081;2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081)

引言

隨著交通行業(yè)的大力發(fā)展，公路沿線不可避免地會(huì)出現(xiàn)高填深挖現(xiàn)象，其中路塹高邊坡為影響公路安全的最主要因素之一。我們?cè)趯?duì)邊坡的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析研究的時(shí)候，一般會(huì)經(jīng)歷風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別、主(次)要影響因素的評(píng)估、解決潛在不安全隱患幾個(gè)步驟。

劉保國(guó)等[1]利用模糊網(wǎng)絡(luò)分析方法建立了山區(qū)隧道風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)體系，并利用專家分析法建立關(guān)系矩陣，對(duì)影響路塹邊坡安全的單因素進(jìn)行分析；唐棟等[2]采用均質(zhì)土進(jìn)行試驗(yàn)研究，在保證土體滲透系數(shù)不變的前提下改變降雨強(qiáng)度，分析邊坡體的穩(wěn)定性變化規(guī)律；姚海林等[3]通過(guò)對(duì)存在裂隙的邊坡體進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：裂隙的存在會(huì)改變巖土體內(nèi)部的孔隙水壓力，進(jìn)而改變邊坡的受力狀態(tài)，危及邊坡的安全。本文對(duì)遵義市內(nèi)某公路邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究，并找出主控因素，從而盡可能地減小主控因素的影響，保障邊坡的后續(xù)運(yùn)營(yíng)安全。

1 工程實(shí)例分析

1.1 工程概況

該項(xiàng)目位于遵義市某高速公路收費(fèi)站距離500m左右的匝道路塹邊坡，區(qū)內(nèi)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年最高氣溫達(dá)39℃，年平均氣溫為15℃，降雨較為集中，分布于每年的5到10月，該路塹高邊坡原始坡面角度大致處于10°到250°之間，巖層產(chǎn)狀為123°∠19°，坡面傾角為123°∠30°，邊坡的原始設(shè)計(jì)為1∶1.5的放坡方案，并增設(shè)2m平臺(tái)臺(tái)階，放坡高度達(dá)到60多米，在開挖的過(guò)程中，由于卸荷使得應(yīng)力重新分布，邊坡后緣出現(xiàn)張拉裂隙，危及公路的正常使用安全，需加強(qiáng)邊坡的防護(hù)治理，最終增設(shè)錨索以及框架植草進(jìn)行防護(hù)。區(qū)內(nèi)的巖土性質(zhì)主要為奧陶系十字鋪組的泥巖夾泥質(zhì)灰?guī)r，巖體風(fēng)化程度嚴(yán)重，在暴曬和夏雨交替作用下容易產(chǎn)生巖體的崩解和掉塊，需加強(qiáng)防范，如圖1所示。

圖1 邊坡開挖情況示意圖

1.2 工程風(fēng)險(xiǎn)性判別

本文通過(guò)專家調(diào)查法對(duì)邊坡的安定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估，根據(jù)不同的環(huán)境以及施工措施因素等進(jìn)行了分值權(quán)重排序，具體分值計(jì)算見表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別得分表

根據(jù)五個(gè)專家經(jīng)驗(yàn)分析得到邊坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)，并對(duì)各項(xiàng)影響條件進(jìn)行分析打分得到邊坡危險(xiǎn)程度適中。

1.3 影響因素分析研究

1.3.1 巖體參數(shù)的確定與分析

通過(guò)對(duì)施工區(qū)內(nèi)的泥巖進(jìn)行鉆芯、取樣試驗(yàn)，得到巖土力學(xué)性質(zhì)見表2。

表2 泥巖力學(xué)性質(zhì)表

在對(duì)順層邊坡的治理過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能說(shuō)明天然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)面參數(shù)，不能得到暴雨情況下邊坡處于臨界狀態(tài)的飽和強(qiáng)度，因此對(duì)邊坡進(jìn)行了反參數(shù)分析(選取兩個(gè)相近斷面，分別用暴雨和天然工況的巖土參數(shù)，并使用安全系數(shù)為1時(shí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)作為暴雨和天然工況的參數(shù))，參數(shù)如表3所示。

表3 巖層面抗剪強(qiáng)度反算值

1.3.2 降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定的分析研究

對(duì)工程案例的邊坡進(jìn)行基于GeoStudio的實(shí)際建模分析，并設(shè)置為期兩天的降雨觀察，分析比對(duì)不同降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)間情況下邊坡的穩(wěn)定性，降雨強(qiáng)度和時(shí)間見表4。

表4 降雨強(qiáng)度時(shí)刻表

(1)降雨時(shí)間對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響

對(duì)各降雨工況下，每12h計(jì)算一次安全系數(shù)，鑒于各種工況計(jì)算類似，本文選取降雨強(qiáng)度為950mm/d的工況作為典型工況進(jìn)行計(jì)算結(jié)果展示，見圖2-圖5。

圖3 安全系數(shù)與降雨時(shí)間關(guān)系(950mm/d)降雨24h

圖4 安全系數(shù)與降雨時(shí)間關(guān)系(950mm/d)降雨36h

圖5 安全系數(shù)與降雨時(shí)間關(guān)系(950mm/d)降雨48h

通過(guò)計(jì)算可知，原始邊坡在相同降雨強(qiáng)度的作用下，隨著降雨時(shí)間的增加，邊坡的安全系數(shù)由降雨12h的0.67到48h的0.52，安全系數(shù)呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)。

(2)降雨強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響

由上可知：在相同降雨強(qiáng)度的作用下，安全系數(shù)隨著降雨時(shí)間的增加而減小，因此只需對(duì)降雨時(shí)間為48h的安全系數(shù)進(jìn)行比較，從而確定降雨強(qiáng)度與邊坡安全性關(guān)系，見表5。

表5 安全系數(shù)與降雨強(qiáng)度關(guān)系

由表5可知，安全系數(shù)隨著降雨強(qiáng)度的增加大致呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，但當(dāng)降雨強(qiáng)度小于100mm/d(即暴雨工況，各降雨強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系見表6)的情況下，安全系數(shù)隨著降雨強(qiáng)度的增加安全系數(shù)降低較小，當(dāng)降雨強(qiáng)度大于100mm/d時(shí)，降雨強(qiáng)度下降較快。

表6 各降雨強(qiáng)度關(guān)系對(duì)應(yīng)表

(3)降雨持續(xù)時(shí)間對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響

表7 相同降雨量情況下安全系數(shù)關(guān)系對(duì)應(yīng)表

選取降雨強(qiáng)度為50mm/d時(shí)間為48h和降雨強(qiáng)度為100mm/d降雨時(shí)間為24h的安全系數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相同降雨量情況下，安全系數(shù)隨著降雨強(qiáng)度的增大而減小，因此對(duì)于實(shí)際工程項(xiàng)目施工，需要注意施工季節(jié)的選擇，盡量選在雨量較少的時(shí)節(jié)施工，實(shí)在不可避免下雨施工情況下，盡量選擇在中雨甚至小雨情況下施工，盡量避開大雨、暴雨等天氣。

2 結(jié)語(yǔ)

(1)在邊坡安全等級(jí)的評(píng)估中應(yīng)重點(diǎn)把握邊坡的原始形態(tài)、產(chǎn)狀，以及軟弱結(jié)構(gòu)面的影響，對(duì)于可能存在的自然次生災(zāi)害和支護(hù)形式也要著重考慮。

(2)邊坡安全系數(shù)受到降雨的影響較大：相同降雨強(qiáng)度情況下，邊坡的安全系數(shù)隨著降雨時(shí)間的增加而減?。幌嗤涤陼r(shí)間的情況下，邊坡安全系數(shù)隨著降雨強(qiáng)度的增加而減小；當(dāng)相同降雨量的情況下，安全性系數(shù)主要受到降雨強(qiáng)度的影響，降雨持續(xù)時(shí)間的影響相對(duì)較小。