某高陡邊坡穩(wěn)定性分析

劉錫儒 潘啟釗 農(nóng)文龍

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司）

0 引言

通過大量的實踐經(jīng)驗和理論研究得出，邊坡的穩(wěn)定性與地下水、工程地質(zhì)條件、地震作用、巖層裂隙、邊坡上堆載等有關(guān)，可以看出，邊坡穩(wěn)定性分析是非常復(fù)雜的。長期以來，大量學(xué)者對于邊坡穩(wěn)定性相關(guān)案例與機理的研究已取得了豐碩的成果[1-2]。陳善雄[3]等對降雨的非飽和土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用極限平衡分析方法,建立了一套能考慮水分入滲的非飽和土邊坡的穩(wěn)定性分析方法；徐國強[4]等基于一高陡邊坡實例，建立穩(wěn)定性計算模型，運用極限平衡條分法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算。

現(xiàn)階段，眾多學(xué)者對邊坡穩(wěn)定性的大部分研究方法均比較單一。本文通過對南山區(qū)少帝路東南側(cè)高陡邊坡工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，采用赤平投影法、圓弧形滑面法、有限元分析法[5]三種方法對其邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性和定量分析。

1 工程概況

少帝路東南側(cè)邊坡景觀提升項目邊坡位于深圳市南山區(qū)少帝路東南側(cè)，長度約200m，邊坡高度約12.0m～32.0m，坡度在70°～80°之間，局部較為高陡，呈垂直狀態(tài)。坡頂為少帝路，坡腳現(xiàn)狀為空地，僅坡面掛網(wǎng)噴混凝土，混凝土厚約10cm，邊坡體主要為中風(fēng)化和微風(fēng)化花崗混合巖，坡面表層風(fēng)化嚴(yán)重，局部為塊狀強風(fēng)化巖，局部坡腳可見掉落的碎塊堆積，坡面局部碎塊較為松散，有崩塌滑落跡象。

場地原始地貌為低丘陵，后經(jīng)開挖山體、修建道路、居民小區(qū)等人類工程活動形成現(xiàn)狀。坡面巖土體局部裸露，有少量雜草分布；坡腳為空地，較為平坦?？辈靺^(qū)地形標(biāo)高11.91m～45.11m 之間。

本線路經(jīng)過地段總體地勢較為平坦，現(xiàn)狀地面高程一般為5.90～17.96m，地貌類型為廣花沖洪積平原。

根據(jù)勘察結(jié)果，場地內(nèi)地層自上而下依次為：人工填土層（Q4ml），下伏基巖為薊縣系-青白口系混合花崗巖（Jx-QbY）。

本區(qū)域地下水較貧乏，地下水類型主要為松散孔隙水，主要賦存于坡腳素填土層中，透水性中等，水補給主要來源于大氣降水滲入補給，向南排泄最終匯入南側(cè)海洋。地下水受地貌形態(tài)，位置控制明顯，受雨季大氣降水、地表水下滲和側(cè)向徑流補給影響較大。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 赤平投影分析

通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，邊坡坡頂少帝路內(nèi)側(cè)有基巖出露，對兩個地質(zhì)調(diào)查點測量產(chǎn)狀。各結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀如下：

⑴地質(zhì)調(diào)查點1：①節(jié)理面：29°∠20°；②節(jié)理面：45°∠70°；③節(jié)理面：310°∠35°；④現(xiàn)狀邊坡：150°∠80°。

從圖1 可以看出，結(jié)構(gòu)面的交線與邊坡大角度相交或反傾，有利于邊坡穩(wěn)定，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 地質(zhì)調(diào)查點1 赤平投影圖

地質(zhì)調(diào)查點2：①節(jié)理面：44°∠35°；②節(jié)理面：230°∠80°；③節(jié)理面：217°∠65°；④現(xiàn)狀邊坡：150°∠80°。

從圖2 可以看出，①、②交線與坡面同傾，且傾角小于邊坡坡角，不利于邊坡穩(wěn)定，產(chǎn)生落石或局部坍塌。[6]

圖2 地質(zhì)調(diào)查點2 赤平投影圖

2.2 圓弧形滑面法分析

2.2.1 計算分析工況

根據(jù)上述技術(shù)工作路線，現(xiàn)狀邊坡的安全穩(wěn)定性狀態(tài)計算分析分為三個工況：

第一工況：現(xiàn)狀邊坡在自然工況下自身的穩(wěn)定狀態(tài)；

第二工況：現(xiàn)狀邊坡在暴雨工況下自身的穩(wěn)定狀態(tài)；

第三工況：現(xiàn)狀邊坡在暴雨+地震工況下自身的穩(wěn)定狀態(tài)。

其中，本項目抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本抗震加速度值為0.1g。

2.2.2 圓弧滑動法

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2013)5.2.3 條，對最不利8-8’截面采用圓弧形滑面進(jìn)行穩(wěn)定性計算。邊坡高度約為32.0m，利用理正巖土計算系列軟件5.11 版采用傾斜土層土坡穩(wěn)定性計算，按瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析，以圓弧法破壞模式搜索最危險滑動面計算評價。

8-8’剖面，考慮少帝路行車荷載（取40kPa），在天然狀態(tài)下，邊坡滑動最小安全系數(shù)Fs=1.448＞1.35，處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨狀態(tài)下最小安全系數(shù)Fs=1.361＞1.35，處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨+地震狀態(tài)下，最小安全系數(shù)Fs=1.083＜1.15，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。需對其進(jìn)行支護(hù)，以滿足永久性邊坡穩(wěn)定性要求。

2.3 有限元分析法

2.3.1 三維有限元模型建立

采用MIDAS GTS 有限軟軟件進(jìn)行建模，見圖3。根據(jù)邊坡的平、剖面圖，選取的模型寬度為邊坡坡腳和坡底各一倍邊坡高度，考慮到邊坡為巖質(zhì)邊坡，下部的巖層較堅硬且穩(wěn)定，對邊坡穩(wěn)定性影響較小，因此，取坡腳1 倍邊坡深度范圍作為邊界來確定分析下限。考慮巖土體為半無限體，模型以外不再考慮變形，即設(shè)定為固定邊界。

圖3 三維有限元模型圖

2.3.2 有限元分析結(jié)果

從圖4 可知，邊坡X 方向（指向坡外）的位移為0.78mm，邊坡坡體最大位移位移在坡中位置，邊坡天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.461，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 邊坡X 方向位移云圖

3 結(jié)論

從上述分析可知，圓弧形滑面法和有限元法計算的邊坡穩(wěn)定性基本一致，因模型考慮了整體性，其穩(wěn)定性系數(shù)與圓弧形滑面法相比整體偏大。

通過赤平投影法、圓弧形滑面法、有限元法對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出本項目邊坡的總體評價為：邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 邊坡支護(hù)建議

通過對項目邊坡的穩(wěn)定性分析，建議邊坡采用格構(gòu)梁+錨桿+掛網(wǎng)噴砼進(jìn)行支護(hù)。[7-8]

格構(gòu)梁+錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)分為桿和錨梁兩部分。把破碎松散的巖土層整合膠結(jié)成整體，并錨固在地層深部穩(wěn)固的巖土體中，使錨桿長度范圍內(nèi)的軟弱巖土體(層)擠壓密實，提高巖土層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體的位移，提高坡體的整體穩(wěn)定性，從而達(dá)到加固邊坡的目的。這種方法的最大特點是：在保持既有坡面狀態(tài)下可深入坡體內(nèi)部進(jìn)行大范圍加固；預(yù)先主動對邊坡松散巖土層施加正壓力，起到擠密錨固作用；同時，通過對錨桿孔的高壓注漿，漿液充填裂隙和孔隙，又可提高破碎巖體的強度和整體性；結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、工期短、造價低廉。適用于裂隙和斷層發(fā)育、邊坡工作量巨大的高陡邊坡的治理，可與噴射混凝土或框格護(hù)坡相結(jié)合。