某路塹邊坡穩(wěn)定性計算及位移監(jiān)測分析

雷越 左得奇

【摘 要】?邊坡的滑塌會造成嚴重財產(chǎn)損失和人員傷亡，為了保證邊坡工程的安全施工和施工完成后的穩(wěn)定性，必須對邊坡進行穩(wěn)定性分析與評價。文章分別運用極限平衡法和強度折減法計算洛寧西站路塹高邊坡的安全系數(shù)，對比分析滑坡體的 穩(wěn)定性。采用Slide軟件和FLAC3D作為計算工具，建立路塹邊坡的計算模型，運用瑞典法和強度折減法對其安全系數(shù)進行計算，并且根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)測位移數(shù)據(jù)對其穩(wěn)定性進行評價。研究結(jié)果表明：極限平衡法和強度折減法的邊坡穩(wěn)定性計算分析上結(jié)果一致，該滑坡體整體穩(wěn)定性較差，可能產(chǎn)生滑動破壞。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)定分析; 極限平衡法; 強度折減法; FLAC3D; 位移監(jiān)測

極限平衡法[1]是現(xiàn)階段最常用的定量分析方法，主要是基于摩爾-庫倫強度準則，對作用于邊坡上的力達到平衡狀態(tài)時的邊坡穩(wěn)定性情況進行分析進而求出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。數(shù)值分析方法諸如有限單元法，快速拉格朗日法，離散單元法等由于其優(yōu)越性，逐漸成為現(xiàn)在邊坡穩(wěn)定分析的主流。許多學者對邊坡的穩(wěn)定性研究做過大量的工作，如黃波[2]采用FLAC3D有限差分軟件對邊坡進行穩(wěn)定性計算，研究了邊坡在未支護情況下如何確定最危險滑動面;張勁松[3]等采用極限平衡法對典型斷面進行穩(wěn)定性分析等。由于邊坡工程的復雜性，現(xiàn)在很難找到一個統(tǒng)一的理論對邊坡的穩(wěn)定性作出準確的評價，極限平衡法和數(shù)值分析法相結(jié)合用于評價邊坡的穩(wěn)定性被大多數(shù)的研究人員所認可，本文擬采用Slide極限平衡分析軟件和FLAC3D有限差分軟件對邊坡穩(wěn)定性進行分析，求出邊坡的安全系數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析邊坡的穩(wěn)定性，以其為以后類似工程提供借鑒。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 邊坡工程概況

研究區(qū)邊坡位于河南省洛陽市洛寧縣洛寧西站附近，車站附近線路跨越S323省道通過，路寬約8.5 m，交通較便利。車站區(qū)屬低山區(qū)地貌，地勢起伏較大，自然坡度15～40°，地面標高范圍為640～764 m，相對高差30～100 m。坡頂及山坡為第四系厚層黃土覆蓋，自然邊坡較穩(wěn)定，山坡被辟為農(nóng)田，種植煙草的經(jīng)濟作物。坡腳處河谷偶見基巖出露。

1.2 氣象條件

車站區(qū)屬暖溫帶大陸性半濕潤季風型氣候，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫12.6 ℃左右，氣候具有南北過渡的特點，屬于豫西山地溫涼濕潤區(qū)，地勢較高，氣候溫涼。年平均氣溫12.6 ℃左右，最高氣溫42.1 ℃，最低氣溫-19.1 ℃;歷年平均降水量647.8 mm，年最大降水量為1 011.7 mm（1958年），降水主要集中在7～9三個月。

1.3 區(qū)域地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭示，車站段下覆巖土層按其成因分類主要有：第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）風積層，第四系下更新統(tǒng)（Q1eol）風積層，下第三系大峪組（E3d）角礫巖，震旦系下統(tǒng)管道口群龍家園組下段（Z1lj1）白云巖。

1.3.1 第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）風積層

①19-2黏質(zhì)黃土為褐黃色，可塑，含鈣質(zhì)結(jié)核，角礫含量約占5 %，粒徑2～10 mm，呈棱角狀，表層0.5 m含少量植物根系，層厚16.8～18.7 m，層面標高667.7～674.52 m。

①19-3黏質(zhì)黃土為褐黃色，硬塑，土質(zhì)不均勻，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，其中7.8～8.7 m夾少量角礫，約占10 %，粒徑2～30 mm，呈棱角狀，層厚約2.40～20.00 m，層面標高659.62～722.67 m。

1.3.2 第四系下更新統(tǒng)（Q1eol）風積層

①21-2黏質(zhì)黃土為褐黃色，可塑，土質(zhì)不均勻，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，夾少量角礫，約占10 %，粒徑2～30 mm，呈棱角狀.，層厚約2.00～20.60 m，層面標高662.21～702.67 m。

①21-3黏質(zhì)黃土為褐黃、褐紅色，硬塑，土質(zhì)不均勻，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，礫含量約占5 %，粒徑2～7 cm，呈棱角狀，層厚約2.20～34.60 m，層面標高654.62～701.72 m。

①21-4黏質(zhì)黃土為褐黃色，堅硬，土質(zhì)不均勻，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，礫含量約占5 %，粒徑2～40 mm，呈棱角狀，層厚約5.50～45.20 m，層面標高703.02～707.22 m。

1.3.3 下第三系大峪組（E3d）

③8-1砂礫巖為灰褐色，全風化，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已完全破壞，巖芯風化呈土狀夾角礫狀。層厚約1.00～1.1 m，主要分布于與路基銜接的橋址區(qū)，分布深度差異較大。

③8-2砂礫巖為雜色，強風化，巖體風化強烈，巖芯呈角礫狀，粒徑2～45 mm，層厚約1.20～11.0 m，層面標高647.41～666.91 m。

③8-3砂礫巖為雜色，弱風化，礫狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖芯呈短柱狀、柱狀，少量塊狀，層厚1.0～3.30 m，層面標高659.41～663.91 m。

1.3.4 震旦系下統(tǒng)管道口群龍家園組下段（Z1lj1）

⑨1-2白云巖呈灰白色夾青灰色，強風化，巖體風化強烈，巖芯呈角礫狀、碎塊狀，層厚0.70～19.80 m，層面標高665.28～689.63 m，線巖溶率為0.071。

邊坡原始橫斷面如圖1所示。

2 邊坡穩(wěn)定性計算分析

2.1 極限平衡法

2.1.1 計算原理

極限平衡法根據(jù)邊坡滑體垂直條分的力學平衡原理來判斷邊坡在各種狀態(tài)下的受力破壞情況，其基本假定是將滑動面以上土體視為剛體，在分析其受力和變形過程中，忽略其內(nèi)部變形;滑動土體處于極限強度狀態(tài)，即在發(fā)生破壞時，滑動面上點的抗剪強度完全發(fā)揮;產(chǎn)生破壞時，滑體在所受各種力的作用下處于靜態(tài)平衡狀態(tài)。

極限平衡法包括瑞典法、畢肖普法、塞賓斯法等等，對于土質(zhì)邊坡，常用瑞典法進行計算，瑞典法示意如圖2所示。

2.2.3 計算結(jié)果分析

本次計算得剪切應(yīng)變增量如圖5所示。圖中顯示邊坡剪應(yīng)變增量數(shù)值較大，剪應(yīng)變集中帶已經(jīng)貫通，剪切帶已經(jīng)形成。同時根據(jù)模擬結(jié)果可以看出邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.160，這與采用極限平衡法（Slide軟件）所求出的安全系數(shù)（為1.082）基本一致，邊坡穩(wěn)定性較為不穩(wěn)定。

3 邊坡位移監(jiān)測

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

斷面DK718+880左側(cè)路塹邊坡位于黃土深路塹段。如圖6所示，在距其左線左側(cè)197.338 m、192.104 m、187.272 m、181.273 m、168.295 m、155.160 m、142.751 m、129.033 m和12.007 m共9個位置的路塹坡面上分別布置監(jiān)測點。

該路塹邊坡于2015年12月15日開挖完成， 2016年3月陸續(xù)開始監(jiān)測，2018年2月22日結(jié)束監(jiān)測。

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

各監(jiān)測點位移隨時間變化情況如圖7所示（圖中X方向位移為水平位移，負值表示其遠離臨空面;Y方向位移為鉛垂位移，負值表示其豎直向上）。

從圖7可知斷面DK718+880處位移計于2016年3月11日開始觀測，3月30日前開挖時邊坡變形較大，月變化量為3～15 mm;而后位移逐步穩(wěn)定，監(jiān)測點水平位移在遠離臨空面和靠近臨空面間波動，豎向位移在上下波動。7月中旬開始各個監(jiān)測點變形突然增大，到8月中旬月變化量約15～18 mm，斷面DK718+880邊坡可能發(fā)生滑塌。9月初開始邊坡位移逐漸穩(wěn)定，變形浮動范圍較小，至2018年5月中旬變形趨平緩。

4 結(jié)論

（1）基于FLAC3D強度折減法以及極限平衡法（Slide軟件）對邊坡進行穩(wěn)定安全系數(shù)的計算可知：FLAC3D計算出的安全系數(shù)為1.160，極限平衡法計算出的安全系數(shù)為1.082，兩者計算結(jié)果大致相同。

（2）通過邊坡位移監(jiān)測數(shù)據(jù)可知邊坡開挖后位移呈現(xiàn)先增大后穩(wěn)定而后再增大的趨勢，位移變形量較大，可能產(chǎn)生滑移。

參考文獻

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