臨離高速深挖路塹土質高邊坡穩定性分析

張利民 董清志

臨縣至離石高速公路是《山西省高速公路網調整規劃》“三縱、十一橫、十一環”中西縱的重要組成部分，是山西省南北向干線公路的重要路段。路線全長73.1 km，穿越晉西黃土高原區，地形起伏大，沖溝發育，深挖路塹形成的高邊坡多，其中土質高邊坡共計115段，累計長達18 460 m，邊坡高度在21.5 m～80.8 m之間，有將近45%的深挖段落邊坡高度大于40 m。土質高邊坡的穩定性評價以及邊坡坡率的確定是臨離高速公路勘察設計需要解決的重要問題。本文選取具有代表的ZK19+110～ZK21+100段深挖路塹，根據勘察階段土工試驗結果得到的土體強度指標，利用geoslope軟件對其進行穩定性分析計算，為邊坡防護設計提供依據，同時也對解決該地區土質高邊坡問題具有參考價值。

1 邊坡工程地質特征

ZK19+100～ZK21+110段深挖路塹位于山西臨縣境內，地處黃土覆蓋梁峁區，邊坡巖性由第四系中更新統(Qpl2)黃土及上第三系上新統(N2)粉質粘土組成，屬土質邊坡，邊坡高度在20 m～60 m之間。邊坡土體物理力學性質指標見表1。

表1 邊坡土體物理力學性質指標

2 邊坡穩定性計算

采用極限平衡法，選用加拿大GEO-SLOPE公司研制的大型巖土工程分析軟件——Geostudio軟件，進行邊坡穩定性計算。

2.1 計算模型及工況

選取具有典型代表性的ZK20+221橫斷面作為計算斷面，建立模型，進行計算，如圖1，圖2所示。計算分三種工況:1)天然狀態;2)邊坡處于連續降雨的狀態;3)自然+地震荷載作用狀態。本區域水平地震系數Kh=0.05，豎向地震系數Kv=2/3Kh=0.033。

2.2 計算參數的確定

2.3 計算結果分析

1)按1∶0.75坡率放坡邊坡穩定性。

按1∶0.75的坡率每8 m一級臺階，并留設2 m寬馬道，每超過24 m設置8 m寬的卸荷平臺的邊坡設計方案，在三種工況下按《公路路基設計規范》推薦的bishop算法計算，邊坡穩定安全系數分別為:天然狀態下 FsⅠ=1.002，連續降雨條件下 FsⅡ=0.545，自然+地震狀態下FsⅢ=0.954，邊坡穩定性系數分布圖見圖3，圖4。

計算結果表明，按1∶0.75坡率進行邊坡設計的情況下邊坡處于欠穩定狀態，不能滿足《公路路基設計規范》對路塹邊坡穩定安全系數的要求。從結果中還可以看出造成邊坡不穩定的最主要因素是連續降雨條件下，土體抗剪強度降低，導致坡體穩定性變差。另外地震對邊坡穩定性也有影響，但是由于本區域地震加速度動峰值較小為0.05，對邊坡的穩定性影響有限，沒有連續降雨對邊坡穩定性的影響大。

2)按1∶1坡率放坡邊坡穩定性。

考慮按1∶1的坡率放坡，每8 m高設2 m寬平臺，每超過24 m設置一道10 m寬的卸荷平臺的邊坡設計方案，計算處在三種工況下的邊坡穩定安全系數分別為:天然狀態下FsⅠ=1.311，連續降雨條件下 FsⅡ=0.728，自然+地震狀態下FsⅢ=1.172。邊坡穩定系數分布圖見圖5，圖6。

計算結果表明，按該設計方案，在正常工況和邊坡處于地震荷載作用狀態的工況下，路塹邊坡穩定安全系數滿足規范要求，但是連續降雨狀態下土體達到飽和時，路塹邊坡處于不穩定狀態。事實上在連續降雨條件下把土體按飽和土體考慮是偏于保守的，因此，只要做好排水和坡面防護，在連續降雨條件下，邊坡也是穩定的。

3 結語

1)通過分析計算，臨離高速公路高度大于60 m的高邊坡按1∶0.75的坡率進行邊坡設計時，邊坡是欠穩定的;而按1∶1的坡率進行邊坡放坡的同時做好排水設計，邊坡穩定安全系數可以滿足規范要求。2)項目所在區域(臨縣、離石)影響土質邊坡穩定性的最主要因素是連續降雨。連續降雨條件下，雨水入滲，土體抗剪強度降低，導致坡體穩定性變差。另外地震對邊坡穩定性也有影響，但是由于本區域地震加速度動峰值較小，對邊坡的穩定性影響有限，沒有連續降雨對邊坡穩定性的影響大。

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