路基邊坡滑坡風險評估及治理探討

趙衛(wèi)

摘要 路基邊坡滑坡嚴重威脅公路的安全運營。為有效評估滑坡風險，提高滑坡治理效果，文章以某二級公路路基邊坡滑坡為例進行風險評估及治理方案研究。首先，采用數(shù)字模擬仿真技術分析路基邊坡滑坡的發(fā)生機理、影響因素和安全系數(shù)，得出路基邊坡滑坡的發(fā)生率為21%，高于容許標準5%，安全系數(shù)為1.05。其次，根據(jù)風險評估結(jié)果，提出3種不同的治理方案，對比各方案治理效果和經(jīng)濟效益，選出最優(yōu)方案。最后，監(jiān)測評價方案的實施效果，證明該方案可有效提高路基邊坡的穩(wěn)定性，旨在為類似工程提供參考。

關鍵詞 路基工程；邊坡滑坡；數(shù)字模擬仿真；安全系數(shù)；治理方案

中圖分類號 U418.55文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0129-03

0 引言

路基邊坡滑坡會導致交通中斷、人員傷亡、財產(chǎn)損失，給環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。因此，對路基邊坡滑坡風險進行評估和治理是公路工程的重要內(nèi)容。該文以某二級公路試驗段為例，采用數(shù)字模擬仿真技術分析路基邊坡滑坡的發(fā)生機理、影響因素、安全系數(shù)，提出3種不同的治理方案。通過對比各方案的治理效果及經(jīng)濟效益，選出最優(yōu)治理方案，并對其實施效果進行評價。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)分析

某二級公路位于低山丘陵區(qū)，西臨溝谷，地勢西低東高。邊坡失穩(wěn)段長348 m，寬236 m，由石灰系泥巖構(gòu)成，風化強度低，穩(wěn)定性差?；w土體厚12.0 m，滑動方向為SW265°。邊坡失穩(wěn)過程分為兩個階段：第一階段為邊坡上部土體開裂，形成裂縫；第二階段為邊坡整體滑坡，造成災害?；诂F(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)分析該二級公路邊坡失穩(wěn)的影響因素及發(fā)展趨勢，提出相應的治理措施[1]。

1.2 巖性分析

采用鉆孔檢測方式分析巖性，確定滑動面深度及地質(zhì)條件，測點共6處，進尺共125.5 m。分析鉆孔取樣，得到巖體結(jié)構(gòu)分布如表1所示。表中列出了各鉆孔的巖性、厚度、含水量等數(shù)據(jù)，可反映邊坡滑坡體的巖石組成及地質(zhì)特征[2]。

2 風險評估分析

2.1 理論模型基礎

如圖1所示，基于風險評估理論模型，將邊坡滑坡風險評估分為風險分析、評估和管理3個階段。

（1）風險分析階段主要分析路基邊坡滑坡危險性及后果，確定滑坡的可能性、破壞方式和影響范圍。

（2）評估階段主要對比分析結(jié)果、風險允許標準，分析風險評價及社會經(jīng)濟效益，判斷風險等級是否可接受[3]。

（3）管理階段主要制定風險調(diào)控治理方案，采取有效措施防治路基邊坡滑坡災害。

2.2 滑坡發(fā)生率分析

采用GeoStudi-2021軟件進行路基邊坡滑坡風險評估，利用蒙特卡洛試驗模組對邊坡土體的穩(wěn)定性進行仿真分析。根據(jù)現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)，確定滑體土體的各項參數(shù)，如表2所示。

表2 滑體土體參數(shù)表

序號 土質(zhì)分類 重度均值/

（g/cm3） 內(nèi)摩擦角

均值/° 黏聚力

均值/kPa

01 雜填土 18.20 10.10 7.40

02 黏性粉質(zhì)土 20.10 13.60 15.10

03 泥巖砂質(zhì)土 24.10 22.40 101.20

輸入相應參數(shù)，通過軟件仿真得到邊坡土體的平均安全系數(shù)和失效概率，如圖2所示。結(jié)果表明，邊坡土體的平均安全系數(shù)為1.05，低于1.05的臨界值，說明邊坡土體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡土體的失效概率P=21%，高于5%的可接受發(fā)生率，說明邊坡土體有很高的滑坡風險[4]。由于該公路為主干道，車流量大，滑坡災害會造成嚴重的后果，因此需要采取有效的治理措施，提高邊坡土體的穩(wěn)定性[5]。

3 治理方案分析

3.1 治理方案措施

根據(jù)邊坡滑坡風險評估結(jié)果，針對滑坡體的上部、中部、下部分別制定治理方案，具體見圖3～5。

3.2 治理效果分析

運用反算參數(shù)法得到路基邊坡土體的力學參數(shù)，如內(nèi)摩擦角φ和黏聚力c，利用數(shù)值仿真計算，對不同的治理方案進行安全系數(shù)和失效概率評估[6]。反算結(jié)果：φ=30°，c =20.4 kPa，基于3種治理方案進行仿真計算，結(jié)果見表3，其中方案3的安全系數(shù)、失效概率均不滿足規(guī)范要求，說明該方案無法有效控制路基邊坡滑坡風險[7]。

表3 各治理方案計算結(jié)果表

治理方案 01 02 03

安全系數(shù)均值 1.14 1.17 1.09

失效率P/% 3.14 0.72 6.22

3.3 經(jīng)濟效益對比分析

統(tǒng)計方案1、方案2的工程量、工程單價和總造價具體見表4～5。

從成本角度看，兩種治理方案總體費用分別為2 595萬元、6 212萬元，從治療效果看，治理方案2的平均安全系數(shù)大于方案1，治理效果更好，但治理成本也更高，且治理方案2施工風險高、工期長、擾動大，治理方案1的施工風險低、工期短、擾動小。因此，綜合考慮認為方案1更合適，能夠在保證邊坡安全性的同時節(jié)約資源和資金[8]。

3.4 治理效果評價

采用錨索框架梁+預應力錨索抗滑樁的方案治理邊坡后，為評價治理效果，需監(jiān)測抗滑樁頂水平位移，布設多個監(jiān)測點，持續(xù)監(jiān)測90 d，測點布設如圖6所示[9]。監(jiān)測結(jié)果表明，治理后的邊坡土體在30 d內(nèi)就達到了穩(wěn)定狀態(tài)，抗滑樁頂水平位移變化很小，如圖7所示。說明所選治理方案可行，可有效提高路基邊坡的穩(wěn)定性[10]。

圖7 樁頂水平位移變化情況

4 結(jié)論

綜上所述，工程實踐中，可基于現(xiàn)場勘察檢測數(shù)據(jù)和數(shù)學仿真計算評估路基邊坡滑坡的可能性、危害后果、治理方案及治理效果，確定最合理的治理方案，保障路基邊坡的穩(wěn)定性和安全性。該文主要結(jié)論如下：

（1）運用反算參數(shù)法得到路基邊坡土體的力學參數(shù)，如內(nèi)摩擦角和黏聚力，并利用數(shù)值仿真計算，得出失穩(wěn)后路基邊坡平均安全系數(shù)為1.05，邊坡滑坡發(fā)生率為21%。

（2）通過對比分析最終確定坡面錨索框架梁支護+預應力錨索抗滑樁支擋的綜合治理方案，可有效提高路基邊坡的抗滑能力和穩(wěn)定性，降低滑坡發(fā)生率及危害程度。

（3）上述治理方案具有施工難度合理、治理效果良好、成本投入可控等優(yōu)點。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該方案能使樁頂水平位移在30 d后趨于穩(wěn)定，達到預期目標。

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