工程建設(shè)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值分析＊

周宏云

（湖北交投高速公路發(fā)展有限公司 武漢 430063）

橋岸邊坡在我國(guó)分布十分廣泛，如果斜坡橋臺(tái)失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致橋臺(tái)下沉、傾斜甚至倒塌。因此，對(duì)橋岸邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并結(jié)合分析結(jié)果，合理確定斜坡處理方案，對(duì)確保工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。

1 工程概況

喇嘛溪溝大橋是規(guī)劃建設(shè)中的雅安－石棉－瀘沽高速公路的重點(diǎn)工程，全線采用4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速80km／h，沿線地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜。

喇嘛溪溝屬于大渡河水系流沙河的一條支溝，流域面積4.3km2，主溝長(zhǎng)4.8km，平均縱坡比降14%。喇嘛溪溝平均海拔1 500m，相對(duì)高差2 181m，地形由西向東逐漸上升。喇嘛溪溝大橋橋位北岸天然邊坡高度約94.80m，具上、下陡，中部緩的特點(diǎn)。上部為天然坡度34°左右斜坡，中部為天然坡度約為11°的緩坡，下部為天然坡度約60°的陡坡。南岸谷坡高約75.0m，天然坡度18°～31°，谷底較狹窄，寬度一般為3.0～20.0m，其縱向坡度8°～15°。

2 地質(zhì)條件

邊坡地層為第四紀(jì)更新世昔格達(dá)地層，其特點(diǎn)是具有成巖程度低，結(jié)構(gòu)構(gòu)造不均一，富含粘土顆粒及粘土礦物，具有壓縮性較高、遇水易軟化崩解、脫水干裂等特點(diǎn)，巖石風(fēng)化速度快，易形成崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。喇嘛溪溝大橋建在溝道下游最大滑坡處，如果施工不當(dāng)，易造成該處邊坡失穩(wěn)，影響大橋建設(shè)和通車安全。

取喇嘛溪溝內(nèi)昔格達(dá)土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 喇嘛溪溝斜坡體物理力學(xué)參數(shù)

3 邊坡穩(wěn)定性FLAC數(shù)值模擬

將邊坡計(jì)算模型共劃分21 507個(gè)網(wǎng)格單元，分別考慮自然狀態(tài)時(shí)和建橋后荷載作用于邊坡上2種情況，對(duì)喇嘛溪溝大橋處岸坡應(yīng)力和位移特征進(jìn)行數(shù)值模擬［1－3］。

3.1 應(yīng)力特征

施加設(shè)計(jì)荷載前后，應(yīng)力等值線圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 自然狀態(tài)下應(yīng)力等值線圖

圖2 加載后應(yīng)力等值線圖

3.2 水平位移特征

施加設(shè)計(jì)荷載前后，水平位移等值線圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 自然狀態(tài)下水平位移等值線圖

圖4 加載后水平位移等值線圖

3.3 豎直位移特征

施加設(shè)計(jì)荷載前后，豎直位移等值線圖見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 自然狀態(tài)下豎直位移等值線圖

圖6 加載后豎直位移等值線圖

4 邊坡穩(wěn)定性綜合分析

4.1 應(yīng)力分析

加載前應(yīng)力具有明顯的自重應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)，應(yīng)力場(chǎng)以垂向壓應(yīng)力為主，隨著深度的增加逐漸增大；加載后主應(yīng)力方向發(fā)生較大的傾斜，且越靠近坡腳傾斜程度越大。傾斜的主應(yīng)力對(duì)兩岸坡體穩(wěn)定性極為不利，易沿坡面發(fā)展成滑坡體，導(dǎo)致邊坡整體破壞［4］。

4.2 位移分析

加載前坡體在自重作用下雖有向外滑動(dòng)的趨勢(shì)，但并不是十分明顯，并且滑坡總體上處于穩(wěn)定狀態(tài)；加載后左右兩側(cè)邊坡頂部相對(duì)于溝底位移變化較大，橋臺(tái)處及緊鄰區(qū)域的位移最為明顯。最大豎直位移出現(xiàn)在左側(cè)邊坡頂部，為9mm；左側(cè)及溝道底部水平位移向右運(yùn)動(dòng)，位移量為5～11mm，右側(cè)邊坡水平位移向左運(yùn)動(dòng)，位移為3～7mm，表明斜坡有向外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

上述分析可見(jiàn)，大橋的修建對(duì)原邊坡的穩(wěn)定性是有影響的，有可能導(dǎo)致斜坡整體崩塌或滑動(dòng)，導(dǎo)致溝道堵塞，影響原流域的演化速率，因此必需對(duì)喇嘛溪溝大橋處邊坡進(jìn)行加固處理，保障喇嘛溪溝大橋橋墩和橋臺(tái)的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

工程建設(shè)會(huì)對(duì)自然邊坡穩(wěn)定性造成影響，同時(shí)邊坡的穩(wěn)定性又會(huì)制約著工程建筑的安全性。應(yīng)用FLAC數(shù)值模擬軟件對(duì)喇嘛溪溝大橋處邊坡進(jìn)行模擬，分析得出建設(shè)喇嘛溪溝大橋?qū)ψ笥覂蓚?cè)邊坡的穩(wěn)定性有一定的影響，建議在位移量較大部位土中設(shè)抗滑樁等措施加固，樁身嵌固在滑動(dòng)帶以下的穩(wěn)固地層內(nèi)，以抗衡滑坡體的下滑力，并設(shè)置排水措施，降低地下水位，減小滑帶上的孔隙水壓力，以提高土體抗剪強(qiáng)度，確保工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定安全。

［1］ DAWSON E M，ROTH W H.Slope stability analysis by strength reduction［J］.Geotechnique，1999，49（6）：830－843.

［2］ 趙尚毅，鄭穎人，時(shí)衛(wèi)民，等.用有限元強(qiáng)度折減法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2002，5（3）：343－346.

［3］ 張 萍，田 斌.滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，26（3）：254－257.

［4］ 毛新虎，毛彥龍，趙法鎖.某滑坡穩(wěn)定分析及處理方案探討［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2003，25（2）：22－26.