義烏至武義公路（武義段）K25+198邊坡穩定分析計算

郭 偉

（浙江省交通工程建設集團有限公司設計分公司，浙江杭州 310051)

1 工程概況

義烏至武義公路武義段線路全長6.80 km，一級公路，起訖里程為K22+600～K29+400，設計速度60 km/h，路基寬24.5 m。該邊坡位于擬建項目K25+170～K25+260段，地處武義縣沈家村西側。根據現場工程地質調繪及鉆探資料分析，線路穿越山體山腰部位，自然地形坡度約25～35°，坡頂上部植被密集，以松樹為主，下部植被較發育，以毛草及灌木為主。殘坡積覆蓋層厚度變化大，巖石分化深度不一，穩定性較差。

2 地質環境條件

2.1 地形地貌

邊坡屬浙西南低山丘陵地貌，區內最高高程約273.3 m，最低高程約153.6m，相對切割深度約119.7 m，山體坡度大多為25～35°，上部分布厚層殘坡積及崩坡積堆積物，厚度約15.3～28.2 m，頂上部、下部植被較發育。地層巖性為上侏羅統西山頭組（J3x）的火山碎屑堆積的凝灰巖。

2.2 氣象、水文

區內雨水充沛，降雨變幅較大。7-8月份受臺風影響，常形成強暴雨過程，極易誘發滑坡、崩塌等地質災害的突發現象。

區內支流多呈樹枝狀，河床窄，水位淺，水流急屬山澗型河流，受季節性雨量控制明顯，洪水期間水位暴漲，流量大，流速快，攜帶大量砂礫，具有較強的沖刷力。K25+260處分布一沖溝，勘察期間未發現河、溪等地表徑流。

2.3 區域地質

2.3.1 斷層

根據工程地質調查和鉆探發現邊坡區范圍內發育擠壓型構造破碎帶F。根據鉆探BK2和HK1揭露破碎帶視厚度約15.6～26.4 m。根據開挖面揭露情況，該破碎帶大致產狀為：130°∠74°，受構造破碎帶影響，兩側巖體破碎，蝕變強烈，風化程度明顯加深，巖體完整性差。

2.3.2 構造穩定性分析

根據現場實測巖石節理資料，主要為：節理②產狀：70°∠ 54°，5～10條 /m，節理密集，順坡節理，微張狀；節理③產狀：10°∠79°，2～3條 /m，延伸較長，節理面鐵錳質渲染；節理④產狀：75°∠88°，1～2條/m；節理⑤產狀：136°∠47°，3～4條/m，延伸長；節理⑥產狀：38°∠ 74°，3～5條 /m，延伸短；節理⑦產狀：183°∠ 62°，3～4條 /m，面平直。根據現地形坡度，由赤平投影圖分析可得：斷層①與線路小角度相交，影響范圍較大;節理②為順坡節理，傾向與坡向相近，為順坡節理，且傾角較緩，邊坡開挖可能產生沿節理面滑塌或坍塌；受節理③與節理⑦、節理⑥與節理⑦組合影響易產生鍥形體破壞。

圖1為赤平投影圖。

2.4 各工程地質(亞)層劃分及評述

根據工程地質測繪和調查、工程鉆探揭露及室內土工試驗結果，將場地勘探深度以淺巖土體按其成因時代、埋藏分布規律、巖性特征及基物理力學性質，劃分為2個工程地質層，現自上而下分述如下：

③1層含碎石粉質粘土：灰黃，可塑，飽和，含少量碎石。該層為邊坡的表層堆積物，揭露層厚1.2～2.8 m。

圖1 赤平投影圖

構造破碎帶F：灰黃色，灰色，密實，屬擠壓構造，根據鉆探視厚度厚15.6～26.4 m，巖石風化蝕變強烈，呈全～強風化狀，呈散體～碎裂狀，寬度約50 m。

④2層強風化凝灰巖：紫褐色，灰黃色，凝灰質結構，碎塊狀構造，受構造破碎帶影響，節理裂隙很發育，蝕變風化強烈巖芯呈碎塊狀，節理裂隙發育，裂隙面鐵錳質渲染。巖芯呈泥狀、塊狀、柱狀等。厚度變化大，破碎帶兩側巖體受影響，風化程度厚度明顯較深。

④3層中風化凝灰巖：紫褐，灰，青灰，巖芯呈碎塊～短柱狀，凝灰結構，塊狀構造，裂隙較～發育，節理面少量鐵錳質渲染，局部充填白色方解石細脈。

④大層為邊坡區下伏基巖，未揭穿。

2.5 地震及區域穩定性

工作區內地震動參數峰值加速度分區為小于0.05 g區，相當于地震基本烈度小于Ⅵ度區，區域穩定性較好。

邊坡屬低山丘陵區，場地土屬Ⅰ～Ⅱ類場地土，為堅硬～中硬土，屬抗震有利地段。

3 穩定性計算與評價

3.1 邊坡現狀

現狀邊坡已開挖成一個二級臺階，自上而下臺階寬度約23.5 m、8.0 m，上部臺階已接近設計標高，線路右側為一級放坡，邊坡坡率為1∶0.5左右，坡面未防護。右側坡面揭露主要為殘坡積含碎石粉質黏土和構造破碎帶及影響帶，巖體呈散體～碎裂狀結構，節理裂隙很發育，部分裂隙面有地下水滲出。

邊坡于2013年5月開挖，經歷夏季多個臺風形成的強降雨至現狀未曾改變。2013年10月17日，坡頂地表、坡面未發現裂縫、坡腳未見鼓出等滑動破壞痕跡，邊坡處于基本穩定狀態。

3.2 參數取值

根據勘探成果和經驗，地表為第四系殘坡積碎石土，碎石、塊石含量不均，原狀土樣采取極其困難，下部滑動帶位置巖體破碎，采取柱狀巖樣較困難，地層抗剪強度參數采用實驗、經驗數據類比與反演相結合的辦法確定（見表1）。

表1 地層抗剪強度參數表

3.3 采用傳遞系數法計算邊坡穩定性

根據K25+198剖面，按最不利假定該邊坡可能產生整體性滑動破壞，假定一個滑動面，采用傳遞系數法折線形計算滑面穩定系數（K）（公式引自《工程地質手冊》），計算滑動帶剪出位置為開挖邊坡坡腳，計算滑坡體的穩定系數（公式（1））及剩余推力（公式（2））。

3.3.1 穩定系數計算公式

式中：Wi——第i條塊的重量，kN/m，

i——第i條塊滑面傾角，（°）；

φi——第i條塊內摩擦角，（°）；

Ci——第i條塊內聚力，kPa；

Li——第i條塊滑面長度，m；

j——第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i塊段時的傳遞系數（j=i），即 ψj=

3.3.2 剩余推力計算公式

式中：Ks——安全系數，取1.20和1.25分別計算；

其余符號意義同穩定系數計算公式。

圖2為假定最不利滑動面示意圖，圖3為K25+198段邊坡穩定性驗算條塊劃分簡圖，表2為采用傳遞系數法穩定性驗算結果一覽表。

圖2 假定最不利滑動面示意圖

圖3 K25+198段邊坡穩定性驗算條塊劃分簡圖

3.4 采用簡化BISHOP圓弧計算邊坡穩定性

在前面調查和分析的基礎上，采用簡化Bishop法計算滑坡的穩定性，計算時采用圓弧自動搜索，合理確定潛在滑面位置，參數取值見表1所列。

根據邊坡現狀計算，結果表明邊坡現狀整體穩定性較好，如圖4所示，最小安全系數Fs=1.07，最不利滑動面出現在上部現狀開挖陡坡，表現為坡面小型崩塌、滑塌，說明淺部殘坡積含碎石粉質粘土在臨空面出現后長時間自穩能力差。

現狀邊坡如圖5所示，按K25+198斷面，建議右側邊坡分四級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25，最上一級一坡到頂，自下而上，第一、二級高約8 m，第三級高約12 m，每級間設置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。按圓弧計算表明開挖后邊坡穩定性系數不滿足要求，最小安全系數Fs=1.07（見圖6），最不利滑動面上部出現邊坡頂部，在邊坡坡腳處剪出，貫穿整個邊坡，在不利條件易出現整體性滑動破壞，需要采取整體加固措施。

按K25+198斷面，建議右側邊坡分七級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七級一坡到頂，第一、二級高約8 m，其余高約10 m，每級間設置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。按圓弧計算表明開挖后邊坡穩定性系數基本滿足要求，最小安全系數Fs=1.22，最不利滑動面上部出現邊坡頂部，在邊坡坡腳處剪出，貫穿整個邊坡（見圖7）。對該邊坡需要加強邊坡體內排水措施，考慮到暴雨情況下邊坡穩定性不能滿足要求，需要對該邊坡采取加固措施。

3.5 邊坡穩定性評價

邊坡上部殘坡積含碎石粉質黏土，層厚約1.20～2.80 m，自穩能力差；構造破碎帶，呈散體～碎裂狀，擠壓痕跡明顯，分化蝕變強烈，視厚度15.6～26.4 m，自穩能力較差；強風化凝灰巖，灰黃色，灰色，凝灰質結構，碎塊狀構造，節理裂隙很發育，裂隙張開狀為主，裂隙泥質充填，裂隙寬度0.5～15 cm不等，巖體呈碎裂結構，自穩能力較差；中風化凝灰巖，紫褐～青灰，風化裂隙較～不發育，呈巨塊狀構造，巖芯呈中柱狀，部分晶屑凝灰巖，部分為沉凝灰巖，為次堅石，自穩能力較好。

根據K25+198剖面穩定性驗算結果分析：現今狀態下，邊坡整體性穩定系數大于1.0，處于基本穩定狀態，與現狀基本吻合。

根據現場調查及計算分析，隨開挖臨空面增加和暴露時間加長受降雨等不利影響，已開挖陡坡可能發生局部滑塌等地質災害。

表2 采用傳遞系數法穩定性驗算結果一覽表

圖4 現狀邊坡穩定性計算圖示

圖5 現狀邊坡實景

圖6 四級開挖穩定性計算圖示

圖7 七級開挖穩定性計算圖示

4 結論

（1）通過補充勘察，基本查明了邊坡巖土體的分布情況、橋梁樁基持力層分布情況，分析了邊坡工程地質特征，對邊坡穩定性進行調查分析，因此該報告可作為治理邊坡的地質依據。

（2）該邊坡為安全等級二級。

（3）工作區內地震動參數峰值加速度分區為小于0.05 g區，區域穩定性較好。邊坡屬低山丘陵區，判定場地土屬Ⅰ～Ⅱ類場地土，為堅硬～中硬土，屬抗震有利地段。

（4）該邊坡目前基本穩定，但隨開挖臨空面增加和暴露時間加長受降雨等不利影響，可能發生局部滑塌等地質災害。

（5）根據施工圖工程地質勘察報告地下水對混凝土結構及混凝土結構中鋼筋具微侵腐蝕性。

（6）根據K25+198斷面建議右側邊坡分七級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七級一坡到頂，第一、二級高約8 m，其余高約10 m，每級間設置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。；自上而下分級開挖，及時防護，并做好坡頂和坡面防排水措施。

（7）邊坡巖體受構造影響，巖體破碎，構造破碎帶及其影響帶巖石風化蝕變強烈，節理裂隙很發育，呈散體～碎裂結構，建議加強坡面加固措施，采用錨索+框格。

（8）施工時設置監控量測點，定時定員檢測邊坡穩定狀況。

（9）位于斷層范圍內橋梁樁基穿過斷層破碎帶，樁端進入下部完整中風化基巖中。

（10）樁基施工時建議采用機械成孔，減少擾動。

[1]JTG C20-2011，公路工程地質勘察規范[S].

[2]JTG D30-2004，公路路基設計規范[S].

[3]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[4]GB50011-2008，建筑抗震設計規范[S].

[5]JTG B01-2003，公路工程技術標準[S].

[6]GB18306-2001，中國地震動參數區劃圖[S].

[7]JTJ 004-89，公路工程抗震設計規范[S].