某高填方邊坡穩(wěn)定性分析

賀利峰

（江西省中贛投勘察設(shè)計(jì)有限公司，江西 南昌）

前言

邊坡穩(wěn)定性分析一直是巖土工程中的重要研究內(nèi)容，邊坡穩(wěn)定性的研究方法大體分為定性分析方法和定量分析方法。定性分析方法是通過地質(zhì)勘察資料研究影響邊坡穩(wěn)定性的因素，分析邊坡體的成因、演變史等，從而獲得可能失穩(wěn)破壞方式；定量分析方法是采用土力學(xué)、巖體力學(xué)及理論力學(xué)的理論與方法，基于經(jīng)典的數(shù)學(xué)物理方程與計(jì)算機(jī)技術(shù)求解穩(wěn)定安全系數(shù)、計(jì)算滑坡結(jié)構(gòu)體內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分析邊坡穩(wěn)定性，其中極限平衡法是經(jīng)典的定量分析方法，在工程界應(yīng)用最為廣泛，包括瑞典條分法、畢肖普條分法、揚(yáng)布普遍條分法、摩根斯坦- 普賴斯法等[1-3]。

1 工程概況

1.1 高填方邊坡現(xiàn)狀

現(xiàn)狀邊坡為場地房建及道路等工程興建而堆填形成的土質(zhì)邊坡（為永久性邊坡工程），安全等級為一級，邊坡現(xiàn)狀沿線坡長約402.0 m，地形標(biāo)高643-682 m，坡高8.0-23.0 m，整體走向東北向，坡向東南，坡角30°-60°，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有明顯的滑坡現(xiàn)象，坡體巖土組成主要為素填土、漂石、粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化花崗巖等，下部基巖為強(qiáng)-中風(fēng)化花崗巖，其中素填土為近期場地開挖整平堆填而成，呈松散狀,力學(xué)性質(zhì)差異大，欠固結(jié)；漂石層由洪水或溪流沖積而成,分選性差，粒徑較大，最大粒徑約100 cm，結(jié)構(gòu)較松散，易于發(fā)生流土破壞；全風(fēng)化花崗巖浸水易軟化、崩解、強(qiáng)度降低，邊坡坡體組成巖土穩(wěn)定性差～一般，物理力學(xué)性質(zhì)差～一般，在強(qiáng)暴雨條件下，邊坡易產(chǎn)生崩塌、滑坡，甚至形成泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。高填方邊坡現(xiàn)狀詳見圖1：邊坡鳥瞰圖。

圖1 邊坡鳥瞰圖

1.2 邊坡工程地質(zhì)條件

據(jù)勘察資料顯示本邊坡勘察深度范圍內(nèi)，地層自上而下分為6 層，分別為：1 層素填土（Q4ml）、2 層漂石（Q4al+pl）、3 層粉質(zhì)黏土（Q2dl+el）、4 層全風(fēng)化花崗巖（J）、5層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（J）、6 層中風(fēng)化花崗巖（J），各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值見表1。

表1 各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值一覽表

1.3 邊坡水文地質(zhì)條件

場區(qū)地下水類型主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水三種類型。上層滯水主要賦存于填土中及粘性土上部土體裂隙、孔隙中，補(bǔ)給來源主要為大氣降水及地表水體的垂直入滲等，主要以蒸發(fā)或逐漸下滲的方式排泄，水量大小及水位隨季節(jié)變化而變化，無統(tǒng)一的水位面，勘察期間測得初見水位埋深5.50～7.30 m，標(biāo)高為667.25～676.19 m，穩(wěn)定水位埋深為6.30～8.60 m，標(biāo)高為665.75～675.19 m，水位依地形變化而波動(dòng)幅度較大；第四系松散巖類孔隙潛水主要賦存于第四系全新統(tǒng)漂石層中，補(bǔ)給來源主要為大氣降水及地表水體的垂直入滲，主要以逐漸下滲的方式排泄，水位隨季節(jié)變化而變化，枯水期地下水位下降，豐水期地下水位上升，水位年變幅一般1～3 m 左右，勘察期間測得初見水位埋深2.00～6.60 m，標(biāo)高為658.65～676.73 m，穩(wěn)定水位埋深為2.80～7.50 m，標(biāo)高為657.85～674.53 m，水位依地形變化而波動(dòng)幅度較大；基巖裂隙水主要賦存基巖構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙中，本場區(qū)未見構(gòu)造裂隙水，主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，水量貧乏,富水性隨著巖性變化較大，由于地表分水嶺界線明顯，山麓溝谷發(fā)育，多以泉的形勢滲流排出地表，于溝谷處匯流呈溪流，勘察所有鉆孔均未測到統(tǒng)一的基巖裂隙水地下水位，但根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般基巖風(fēng)化裂隙中會賦存一定量的地下水，鉆探結(jié)束后一定時(shí)間內(nèi)鉆孔內(nèi)會賦存一定量的地下水。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 定性分析

根據(jù)本高填方邊坡工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)特征以及目前已經(jīng)出現(xiàn)的變形跡象，邊坡分為AB 段、BC 段、CD 段、DE 段、EF 段、FG 段共6段。

（1） 影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素：①現(xiàn)狀邊坡為堆填形成的土質(zhì)邊坡，坡體巖土組成主要為素填土、漂石、粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化花崗巖等，邊坡坡體組成巖土穩(wěn)定性差～一般，物理力學(xué)性質(zhì)差～一般，在外力作用下，邊坡易產(chǎn)生崩塌、滑坡；②場地區(qū)域雨水較多，尤其是在雨季暴雨期間，雨水比較集中，滑坡體上部局部區(qū)域已出現(xiàn)張拉裂縫，地表水(大氣降水)沿松散土體及裂隙下滲，一方面增大土、巖體重度，增大坡體下滑力，另一方面降低土體和結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度，降低結(jié)構(gòu)面的抗滑力，從而導(dǎo)致邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2） 本高填方邊坡主要破壞形式：①AB 段：沿線坡長約113.0 m，坡面產(chǎn)狀168°∠45°-55°，坡高11.0 m～23.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)坡頂局部區(qū)域有明顯的張拉裂縫，張拉裂縫走向基本與該段邊坡走向一致，裂縫寬度約1～2 cm，離坡頂邊緣約0.5～1.0 m，坡面局部可見漂石崩塌，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。②BC 段：沿線坡長約95.0 m，坡面產(chǎn)狀115°∠35°-50°，坡高8.0 m～23.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，坡面局部可見漂石崩塌，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。③CD 段：沿線坡長約40.0 m，坡面產(chǎn)狀75°∠35°-45°，坡高18.0 m～21.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)坡頂區(qū)域有明顯的張拉裂縫，張拉裂縫走向基本與該段邊坡走向一致，裂縫寬度約1～2 cm，離坡頂邊緣約1.0～1.5 m，坡面局部可見漂石崩塌，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。④DE 段：沿線坡長約33.0 m，坡面產(chǎn)狀140°∠40°-50°，坡高16.0 m～21.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)坡面局部可見漂石崩塌，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。⑤EF 段：沿線坡長約45.0 m，坡面產(chǎn)狀195°∠40°-50°，坡高12.0 m～16.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)坡面局部可見漂石崩塌，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。⑥FG 段：沿線坡長約76.0 m，坡面產(chǎn)狀165°∠40°-50°，坡高12.0 m～19.0 m，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，該段邊坡末端區(qū)域現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)坡頂水泥道路靠邊坡一側(cè)有明顯的張拉裂縫，張拉裂縫走向基本與該段邊坡走向一致，裂縫寬度約0.5～1 cm，邊坡為不穩(wěn)定邊坡。該段邊坡主要破壞形式為沿土層及全風(fēng)化層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)破壞。

（3） 本高填方邊坡可能的破壞形式：本高填方邊坡為在原始地形基礎(chǔ)上堆填形成的土質(zhì)邊坡，填土為近期場地開挖整平堆填而成，堆填時(shí)間1～2 年，呈松散狀,力學(xué)性質(zhì)差異大，欠固結(jié)，穩(wěn)定性差，且原始地形坡面走向、傾向與現(xiàn)狀勘察邊坡坡面走向、傾向基本一致，坡角較現(xiàn)狀勘察邊坡坡面坡角緩，原始地形坡面10°-50°，坡角局部較陡，各段現(xiàn)狀邊坡存在沿原始地形坡面滑動(dòng)的可能。

2.2 定量分析

（1） 根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）第5.3 章節(jié)規(guī)定邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)按照表2 確定：

表2 邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)FSt按照表3 確定：

表3 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)FSt

本高填方邊坡為永久性土質(zhì)邊坡，安全等級為一級，場區(qū)位于抗震設(shè)防烈度6 度地區(qū)，計(jì)算工況為現(xiàn)狀自然狀態(tài)下的一般工況。

（2） 本高填方邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用理正巖土6.5PB4 版軟件計(jì)算，選用簡化Bishop 法計(jì)算圓弧滑裂面的安全系數(shù)，并找出最小安全系數(shù)及其相應(yīng)的最危險(xiǎn)滑裂面，通過其相應(yīng)的最危險(xiǎn)滑裂面轉(zhuǎn)化為折線并計(jì)算滑塊剩余下滑力。各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)取值見表1。

簡化Bishop 法是將具有圓弧滑面(半徑為R)的滑體分成n 個(gè)垂直條塊，見圖2。

圖2 滑體及條塊間作用力示意圖

同時(shí)設(shè)定第i 條塊寬度-bi，底面傾角-αi，條塊體重力-Wi，水平條間作用力-Ei和Ei+1，垂直條間作用力(條間剪力)-Xi和Xi+1，條底法向作用力-Ni，條底剪力-Ti，條底孔隙水壓力-ui，滑面內(nèi)摩擦角-i，黏聚力-ci。經(jīng)過一系列科學(xué)推導(dǎo)得到簡化Bishop 法安全系數(shù)計(jì)算公式[1，4]：

（3） 邊坡分為AB 段、BC 段、CD 段、DE 段、EF段、FG 段共6 段，各段邊坡均選擇一個(gè)代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表4 邊坡圓弧滑動(dòng)破壞穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果表

3 結(jié)論

本文對某高填方邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性分析和定量分析，得出結(jié)論如下：

（1） 綜上以上定性分析及定量分析，本高填方邊坡穩(wěn)定性如下：AB 段、BC 段、CD 段、DE 段、EF 段、FG 段均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該邊坡為土質(zhì)邊坡（為永久性邊坡工程），坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡，現(xiàn)狀邊坡發(fā)現(xiàn)坡頂局部區(qū)域有明顯的張拉裂縫，坡面局部可見漂石崩塌，若邊坡坡面長時(shí)間暴露及在雨水和工程施工等外界因素影響的作用下，邊坡極可能出現(xiàn)局部失穩(wěn)滑移或大面積災(zāi)害滑坡現(xiàn)象。

（2） 工程建設(shè)和滑坡治理時(shí)應(yīng)執(zhí)行以防為主、防治結(jié)合、先治坡、后建房的原則，應(yīng)結(jié)合滑坡特性采取治坡與治水相結(jié)合的措施，合理有效的治理滑坡，滑坡防治應(yīng)選擇有利于減小坡體變形的方案。根據(jù)本高填方邊坡的工程地質(zhì)條件和特點(diǎn)，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)及施工工藝等因素，建議支護(hù)方案采用抗滑樁、錨索格構(gòu)梁加樁板式擋墻進(jìn)行支護(hù)，坡頂、坡底設(shè)置排水溝、集水井，邊坡土體中設(shè)置排水管、泄水孔的方式對地表水、邊坡巖土體中地下水進(jìn)行處理的方案。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)工程施工后，坡面宜采取噴播草籽綠化的方案，以避免結(jié)構(gòu)梁間邊坡土體流失導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。