邊坡工程穩定性研究及其治理

龐 威 龍志軍

（1.宜昌市國土資源局，湖北 宜昌 443000；2.揚子江工程咨詢有限公司〈湖北〉，湖北 武漢 430000）

隨著國民經濟的快速發展，尤其是近年來隨著國家基本建設力度的加大，公路建設步伐明顯加快，公路等級的不斷提高，邊坡防護建設工程中所遇到的巖土邊坡穩定性問題也相應增多，并成為巖土工程中比較常見的技術難題。由于工程建設的需要，往往在一定程度上破壞或擾動原來較為穩定的巖土體而形成新的人工邊坡，因而普遍存在著邊坡穩定的問題需要解決。顯然，從安全觀點的角度出發，要求邊坡角越小越安全;但從經濟方面看，卻要求邊坡具有較大的角度。因此，合理確定具體工程實際條件下的邊坡角，評判邊坡的穩定性和綜合治理，使工程建設符合既安全又經濟的原則，具有十分重要的意義，本文以某公路邊坡為例，分析其穩定性，并提出相應的治理措施。

1 工程概況

某高速公路高切坡位于四川省某加油站北側，根據現場詳細勘查，高切坡總長為96m，最大坡高19m，坡面面積1130m2，高切坡類型為Ⅲ類，影響邊坡下方公路長120m。高切坡屬土質坡，現狀已產生邊坡土體的滑移，在降雨作用下可能發生進一步解體滑移破壞。該高切坡失穩將危及高速路上交通安全，對該高切坡進行工程治理是必要的。

2 水文地質情況

高切坡區為滑坡地貌，滑坡后緣高程約318m。測區分布的基巖，裂隙發育，巖體破碎，透水性強，物質主要為碎石土夾滑動巖體，透水性強，地表水經短途經面流后即下滲。坡眉以上緩坡分布的粉質粘土層屬相對隔水層，但分布面積較小，雨季緩坡地段所匯集的降雨以坡面流的形式向高切坡坡面排泄。

根據鉆探揭露，各鉆孔均揭露了穩定地下水位，地下水位埋深3.6～10.1m。地下水屬覆蓋層孔隙水。地下水水位坡降一般16°～22°，局部存在水面緩坡平臺，水位坡降12°左右。雨季可見邊坡土體可見有少量水滲出，屬粉質粘土層中的上層滯水，具淺循環、短徑流、快交替的動態特點。據前人勘察資料及 《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001 2009年版）區內環境水對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性。

坡體出露地層由老到新為：三疊系中統巴東組第二段紫紅色泥巖夾粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，偶見灰黃色泥質粉細砂巖。第三段粉細-中晶灰巖、粉-細晶白云質灰巖、泥質白云質灰巖。第四系廣泛分布于山體斜坡、階地及河漫灘上。成因類型有人工堆積、殘坡積、崩坡積、滑坡堆積等。

該高切坡屬土質高切坡，現狀已產生邊坡土體的滑移型破壞，在降雨作用下邊坡土體可能進一步解體滑移破壞，甚至繼續發展成逐級牽引式的滑移破壞。

3 邊坡破壞模式分析

根據高切坡地質結構特征并參考相同類型高切坡的破壞模式作為高切坡變形破壞預測的依據。該高切坡屬土質高切坡，現狀已產生邊坡土體的滑移型破壞，預測破壞模式為邊坡土體在降雨作用下的進一步解體滑移破壞，甚至繼續發展成逐級牽引式的滑移破壞。

3.1 穩定性分析計算原理

計算方法：圓弧滑動法。本高切坡整體穩定性計算軟件采用理正《邊坡穩定分析程序》中的瑞典條分法計算程序，計算原理為通過假定不同的滑弧，然后將滑動土體分成若干豎直土條，分別求出各土條底面上的下滑力和抗滑力，然后求出每個條塊底部上的下滑力對滑弧圓心的下滑力矩之和與每個條塊上抗滑力對滑弧圓心的抗滑力矩之和，穩定系數定義為K=抗滑力矩之和/下滑力矩之和。比較眾多滑弧的穩定系數后，求得最小穩定系數作為邊坡的穩定系數，所對應的滑弧為最危險滑動面。

采用瑞典條分法進行圓弧穩定計算的基本表達式為：

式中：

Wi——垂直荷載，包括土條自重和其上部的建筑荷載。其中，自重可將其分為兩部分，地下水位以上用濕容重計算，設為Wi1；地下水位以下用飽和容重計算，設為Wi2。其它垂直荷載，設為Pi。假設自重的作用線通過條塊寬度的中心線。

Qi——水平荷載，包括水平孔隙水壓力和其它水平荷載，向剪切面的出口方向為正。

Ui——剪切面上的孔隙水壓力的合力，與剪切面正交。

Zi——水平荷載Qi作用線距滑弧圓心O的垂距。

C′φ′——剪切面抗剪強度（有效應力指標）。

R——滑弧半徑。

Li——土條底面長度。

αi——土條地面傾角。

圖1 圓弧滑動法計算原理示意圖

3.2 計算工況及計算參數

邊坡上方為天然緩坡，計算時不考慮建筑物荷載的作用；高切坡勘察范圍內地下水位埋藏較深，穩定性計算不考慮地下水動水壓力的影響，僅考慮雨季巖土體含水量增大，且邊坡土體受上層滯水的影響而飽和的情況。計算工況為天然和飽和兩種。計算過程中參數選用情況見表1。

表1 穩定性計算參數選用表

高切坡計算簡圖和高切坡剖面圓弧滑動計算簡圖分別如圖2、圖3。

圖2 剖面滑動前地形圓弧型滑動計算簡圖

圖3 剖面現狀地形圓弧型滑動計算簡圖

穩定性計算結果見表2。

表2 高切坡的穩定性計算成果表

根據計算原理進行計算，計算結果表明各剖面在滑動前，天然狀態下均處于穩定狀態，飽和狀態下均處于不穩定狀態，此種計算結果與實際情況相符。

剖面現狀地形在天然狀態下處于穩定狀態，飽和狀態下處于基本穩定狀態，但不滿足規范要求。

4 治理方案

根據勘察報告和現場實際情況，該高切坡為土質邊坡，在降雨作用下邊坡穩定性不符合要求，主要的破壞模式為邊坡前緣土體淺層發生滑移破壞，形成土溜等地質危害。

根據以上情況，本設計方案施工措施為在高切坡范圍內布置兩級擋墻。一級擋墻距離公路邊緣7m，擋墻出露地面4m，擋墻前場地平整至高于公路0.5m，墻后進行適當開挖回填形成4m寬平臺，二級擋墻位于平臺與原邊坡相交處，出露地面4-5m，同時在兩級擋土墻墻腳處設置橫向排水溝，并在高切坡坡眉外緣4m左右設置截水溝以攔截外部來水，沿兩側將來水排至坡底。

參照規范，擋土墻滑動穩定安全系數為1.3，傾覆穩定安全系數為1.6，基底偏心距與基底寬度比值允許值為0.25，截面偏心距與基底寬度比值允許值為0.3，采用理正巖土計算軟件，對擋土墻進行計算，結果如下：

剖面計算剖面如圖4所示：

圖4

穩定性計算結果見表3。

表3 高切坡治理后的穩定性計算成果表

計算表明，各剖面在滑動前，天然狀態、飽和狀態下均處于穩定狀態。

5 結論

隨著我國經濟建設的快速發展，邊坡工程在各項建設中日益引起重視。因此，及時的總結和研究邊坡的穩定性分析和治理，深入探討邊坡工程中各種不良現象產生的原因，掌握己有邊坡的成功經驗和失敗教訓具有重要的工程實際意義，才能為新建的工程提供重要的參考資料和決策依據，對經濟的、高質量的建設邊坡工程十分必要。本文結合工程實踐，對四川某公路高邊坡的穩定性和防治技術進行了探討。

本文通過對邊坡的水文地質情況進行詳細的分析的基礎上，利用圓弧滑動法計算原理對公路高邊坡整體穩定性進行分析，把握高邊坡的穩定性狀況，這種全局性的把握對高邊坡的設計、施工、維護和局部穩定性分析等有重要的意義，針對邊坡穩定性狀況及其地質情況進行治理和結果分析，從而確保邊坡治理的有效性和安全性。

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