公路邊坡的穩(wěn)定性分析及危險性評價

左安彩

(中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500)

1 工程概況

1.1 工程基本信息

某邊坡隸屬城市主干路，設(shè)計車速60 km/h，工點里程范圍K2+610～K2+710，邊坡最大高度38 m，主要為強化風～中風化泥巖，產(chǎn)狀近水平。

在該邊坡設(shè)計方面，原設(shè)計為1∶0.75正常放坡，后因征地困難，將支護設(shè)計改為四級防護，其中，一級邊坡坡率設(shè)計為1∶0.3，并采用錨桿框架梁對一級邊坡防護；二、三級邊坡采用1∶1坡率，四級邊坡采用1∶1.25坡率，均采用TBS防護。每級邊坡設(shè)置2 m寬平臺，設(shè)置坡頂截水溝和平臺截水溝減少坡面沖刷。

該邊坡于2021年4月開挖成型，2021年9月尚未開始施做錨桿框架梁防護工程，使得其暴露約5個月，期間未做任何防護措施，導致坡面風化剝落嚴重。

1.2 工程地質(zhì)條件

(1)地形地貌

邊坡所處地貌單元為構(gòu)造剝蝕地貌，且微地貌屬丘陵地貌；據(jù)勘察成果，邊坡區(qū)勘察孔高程間于351.22～400.30 m，高差49.08 m，起伏相對較大。

區(qū)內(nèi)斜坡整體地勢下陡上緩特征，下部坡度約45°～50°，中部(邊坡區(qū))坡度約20°～30°，上部坡度約10°～15°。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，邊坡區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷層及活動性大斷裂通過，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

總體來說，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和地震活動較弱，歷史上未發(fā)生過強烈地震，屬構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

(3)地層巖性

據(jù)鉆探成果，邊坡區(qū)土層主要以第四系殘坡積層為主，下覆基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組。

(4)水文地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，邊坡周邊地表水不發(fā)育，多以魚塘、水田為主，對邊坡施工或穩(wěn)定性的影響有限。

地下水主要為上層滯水和裂隙水，前者主要賦存于粉質(zhì)黏土層的孔隙中，依靠大氣降雨補給，水量不大；后者主要賦存于基巖裂隙中，用水量一般較少，賦存于節(jié)理破碎帶。

(5)地震

項目區(qū)抗震設(shè)防烈度6°，設(shè)計地震分組為第一組；結(jié)合工程場地類別為Ⅱ類，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，特征周期值為0.35 s。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 穩(wěn)定性的定性評價

該邊坡于2021年4月開挖成型，2021年9月尚未開始施做錨桿框架梁防護工程。由于該邊坡基巖巖性主要為泥巖，其抗風化能力較弱，加之從開挖至今使得其暴露約5個月，致使坡面風化，且局部剝落嚴重，巖土體存在失穩(wěn)。

2.2 穩(wěn)定性的定量評價

結(jié)合勘察成果，邊坡基巖主要是泥巖，風化程度主要為強～中風化，結(jié)合試驗成果，強風化基巖的天然重度為22.3 kN/m3，飽和重度為24.5 kN/m3；中風化基巖的天然重度為24.0 kN/m3，飽和重度為25.0 kN/m3。穩(wěn)定性計算所需結(jié)構(gòu)面參數(shù)統(tǒng)計如表1所示。

根據(jù)邊坡特征及其可能出現(xiàn)的各種荷載情況及組合，計算中主要考慮降雨、地震等，本次選定如下三種工況，計算邊坡穩(wěn)定性，具體工況組合如下。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

工況1：天然工況

工況2：暴雨工況

工況3：地震工況

最后，邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表2所示。據(jù)表2，該邊坡在3種工況條件下，整體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

2.3 穩(wěn)定性的綜合評價

結(jié)合前述邊坡穩(wěn)定性定性評價及定量評價結(jié)果，得該邊坡整體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若不及時采取加固措施，存在局部失穩(wěn)風險。

3 邊坡危險性評價

3.1 危險性評價模型的構(gòu)建

結(jié)合相關(guān)文獻[8-9]的研究成果，提出利用P×C分級法構(gòu)建邊坡危險性評價模型，其思路是先利用層次分析法構(gòu)建評價體系，再利用模糊理論及1～9標度法計算隸屬度和權(quán)重值， 以評價邊坡穩(wěn)定性。

(1)滑坡危險性現(xiàn)狀評價體系的構(gòu)建

邊坡危險性影響因素相對較多，以“邊坡危險性評價體系”為目標層，通過層次分析法構(gòu)建后續(xù)評價結(jié)構(gòu)，且結(jié)合以往經(jīng)驗，將后續(xù)體系劃分為2級結(jié)構(gòu)，即一級評價指標和二級評價指標。具體可知，一級指標共計6個，二級指標共計14個。

(2)危險性評價指標的權(quán)值求解

首先，利用1～9標度法構(gòu)建不同評價指標間的判斷矩陣，并計算其最大特征值λmax及其對應(yīng)的特征向量b，再以其λmax值計算CR值

(2)

式中：n為評價指標數(shù)；RI為誤差控制值。

CR值小于0.1時，說明判斷矩陣構(gòu)造合理；反之，需更改判斷矩陣，直至滿足要求。

當滿足矩陣構(gòu)造前提下，對特征向量b進行歸一化處理，所得值即為對應(yīng)指標的權(quán)值。

(3)危險性評價指標的隸屬度求解

考慮到模糊理論中的專家法具有操作簡單、可信度高等優(yōu)點，因此，提出利用其確定各危險性評價指標的隸屬度。

(4)危險性評價標準

以各危險性評價指標的權(quán)值和隸屬度為基礎(chǔ)，通過P×C分級實現(xiàn)危險性得分求解，且結(jié)合文獻[8]經(jīng)驗，危險性等級共計劃分為四級，具體劃分標準及決策如表3所示。

表3 邊坡危險性分級及決策

3.2 危險性評價結(jié)果分析

首先，以1～9標度法求得不同評價指標的權(quán)值，并邀請20個專家進行隸屬度打分；經(jīng)統(tǒng)計得到各評價指標的權(quán)值及隸屬度結(jié)果如表4和表5所示。

其次，結(jié)合表3中的危險分及表5中的隸屬度結(jié)果，計算得到二級指標的危險性計算結(jié)果如表6所示。由表6可知，二級指標的危險性得分范圍為：59.53～82.20，分布范圍相對較大。按危險性得分進行分級，得Ⅱ級指標有1個，所占比例為7.14%；Ⅲ級指標有10個，所占比例為71.43%；Ⅳ級指標有3個，所占比例為21.43%。按照危險性排序，B13指標的危險性得分相對最高，說明人類工程的活動強度對邊坡穩(wěn)定性的影響相對最大。

表4 評價指標的權(quán)值結(jié)果

表4(續(xù))

表5 評價指標的隸屬度結(jié)果

表6 二級指標的危險性計算結(jié)果

類比，再進一步開展一級指標的危險性評價，結(jié)果如表7所示。由表7可知，一級指標的危險性得分范圍為：67.66～81.16，分布范圍相對一般。按危險性得分進行分級，得Ⅲ級指標有4個，所占比例為66.67%；Ⅳ級指標有2個，所占比例為33.33%。按照危險性排序，A6指標的危險性相對最大，其次排序依次為A5、A4、A1、A3和A2。

表7 一級指標的危險性計算結(jié)果

最后，再進一步對邊坡開展危險性綜合評價，計算結(jié)果如下

[76.80]

如上計算結(jié)果，該邊坡的危險得分為76.80分，風險等級為Ⅲ級，屬高度危險狀態(tài)，不僅應(yīng)加強監(jiān)測及巡查，還應(yīng)建立必要防災(zāi)預(yù)案，且考慮到后續(xù)施工持續(xù)擾動影響，結(jié)合穩(wěn)定性評價結(jié)果，建議盡快開展此邊坡的后續(xù)加固處理。

4 結(jié) 論

(1)邊坡變形特征顯著，在天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)間于0.980～1.034，處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下，穩(wěn)定性系數(shù)間于0.806～0.862，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，得此邊坡穩(wěn)定性相對較弱，開展后續(xù)加固處理的必要性顯著。

(2)通過危險性評價，得邊坡的整體危險得分為76.80分，風險等級為Ⅲ級，屬高度危險狀態(tài)，且主要的危險源為人類工程活動。

(3)該文結(jié)合邊坡基礎(chǔ)地質(zhì)條件，開展了滑坡穩(wěn)定性、危險性評價，證明了邊坡開展后續(xù)治理的必要性，建議后續(xù)可在此基礎(chǔ)上進一步開展后續(xù)加固措施研究及評價。