攀枝花市炳三區(qū)F線道路工程邊坡穩(wěn)定性分析

楊 偉

(四川省冶金地質(zhì)勘查局601大隊(duì)，四川 攀枝花 617000)

攀枝花市炳三區(qū)F線道路工程邊坡穩(wěn)定性分析

楊 偉

(四川省冶金地質(zhì)勘查局601大隊(duì)，四川 攀枝花 617000)

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)執(zhí)行規(guī)定，對(duì)攀枝花市炳三區(qū)F線道路進(jìn)行勘察，用圓弧滑動(dòng)法和簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算了該道路工程的邊坡穩(wěn)定性，通過對(duì)道路邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)，提出了邊坡治理措施建議。

道路工程，穩(wěn)定性分析，圓弧滑動(dòng)法，簡(jiǎn)化Bishop法

0 引言

隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及政府對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷投入，我國(guó)城市正在不斷地膨脹和擴(kuò)張，城市道路作為城市總體規(guī)劃的重要組成部分，關(guān)系到整個(gè)城市的有機(jī)活動(dòng)。但是，近年來城市道路受當(dāng)?shù)貧夂颉⑺摹⒌匦蔚鹊刭|(zhì)條件的影響，加上筑路材料的選取及分布不當(dāng)?shù)雀鞣N原因，使公路的邊坡穩(wěn)定性下降，從而造成工程事故頻發(fā)，例如邊坡侵蝕、邊坡塌方等，這些災(zāi)害事故直接造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，更對(duì)人民群眾的生命安全造成潛在的威脅。再如發(fā)生于四川省西部山區(qū)的“5·12”汶川大地震，對(duì)道路交通的破壞特別嚴(yán)重。損壞橋梁670座、隧道24座、路面24 011處、垮塌規(guī)模較大的路基擋墻1 736處等[1]。由于道路工程事故如此頻繁，故需對(duì)道路邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。本文以處于四川省7度抗震設(shè)防地區(qū)的攀枝花市炳三區(qū)F線道路工程為例，對(duì)該工程進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，并在計(jì)算的基礎(chǔ)上提出邊坡治理措施建議。

1 工程地質(zhì)條件

F線道路勘察場(chǎng)地屬中低山構(gòu)造剝蝕地貌，斜坡地形，地勢(shì)北低南高。場(chǎng)地北側(cè)最低為擬建F線道路和炳三區(qū)F10，F(xiàn)11地塊，斜坡地段為炳F12地塊，場(chǎng)地南側(cè)為炳F13地塊，高程介于1 268 m～1 335 m之間，相對(duì)高差67 m，自然坡度約25°～40°。場(chǎng)地規(guī)劃圖見圖1，在道路開挖地段局部存在有陡坎。坡面上植被發(fā)育一般，以低矮灌木及山地草從等為主，場(chǎng)地地表分布有少量生活垃圾。勘察區(qū)地層巖性由新到老主要為第四系全新統(tǒng)素填土、填筑土、第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)粘土層、第四系中更新統(tǒng)昔格達(dá)組地層和華力西期花崗巖。調(diào)查區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上位于川滇南北向構(gòu)造帶中段西側(cè)與滇、藏“歹”字形構(gòu)造復(fù)合部位，構(gòu)造十分復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育，古有巖漿巖侵入，火山爆發(fā)，時(shí)至燕山期、喜山期構(gòu)造活動(dòng)仍然強(qiáng)烈。場(chǎng)區(qū)構(gòu)造受南北向的斷裂構(gòu)造控制，主要有納拉箐斷層、田保斷層、爛泥灣斷層、大渡口斷層等，這些斷裂帶控制著地層巖性分布、山脈水系的走向，也都是控震構(gòu)造。

2 F線公路邊坡穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

2.1 計(jì)算邊界

1)整體穩(wěn)定性考慮整個(gè)山體斜坡，上部地塊不降低設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，開挖邊坡最大放坡條件為1∶0.75，炳F13地塊按照設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)開挖邊坡最大放坡條件為1∶0.75～1∶1.25；2)水作用采用總應(yīng)力法，昔格達(dá)組地層為弱～微透水層，不考慮滲透壓力。

2.2 計(jì)算參數(shù)

勘察時(shí)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)昔格達(dá)組泥巖、昔格達(dá)組粉砂巖及昔格達(dá)組泥巖粉砂巖層面進(jìn)行了原位測(cè)試工作、室內(nèi)取樣測(cè)試工作和直剪試驗(yàn)，結(jié)合工程地區(qū)勘察項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果，土體巖土物理力學(xué)指標(biāo)按表1取值，其中昔格達(dá)組粉砂巖含水層取飽和指標(biāo)。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算工況

按兩種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算:

1)第一種工況(工況Ⅰ)：天然狀態(tài)下；2)第二種工況(工況Ⅱ)：天然狀態(tài)+7度地震作用下。

2.4 穩(wěn)定性計(jì)算方法

邊坡土層主要為昔格達(dá)組地層，昔格達(dá)組地層主要呈現(xiàn)土的性質(zhì)，邊坡破壞模式選用圓弧滑動(dòng)法和簡(jiǎn)化Bishop法[2]。

本次計(jì)算采用北京理正計(jì)算設(shè)計(jì)軟件，穩(wěn)定性計(jì)算公式[3]如下：

(1)

Rn=(Wn((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tgφnCnLn

(2)

Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

(3)

(4)

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi+1

(5)

其中，Wi為第i條塊的重量，kN/m；Ci為第i條塊內(nèi)聚力，kPa；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角，(°)；Li為第i條塊滑面長(zhǎng)度，m；αi為第i條塊滑面傾角，(°)；βi為第i條塊地下水線與滑面的夾角，(°)；A為地震加速度(重力加速度g)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)；ψj為第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)。

2.5 公路開挖邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

場(chǎng)地邊坡按照1∶0.75放坡后進(jìn)行整體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2，按照降低上部地塊標(biāo)高后穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表3，并按如下兩種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算(工況Ⅰ：天然狀態(tài)下；工況Ⅱ：天然狀態(tài)+7度地震)。

表2 上部地塊未場(chǎng)坪整體穩(wěn)定性系數(shù)

表3 上部地塊場(chǎng)坪邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)

2.6 公路開挖邊坡整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)表2和3表可知，上部F13地塊場(chǎng)坪時(shí)比未場(chǎng)坪時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)提高0.2～0.3，未場(chǎng)坪時(shí)邊坡整體不穩(wěn)定，穩(wěn)定系數(shù)很低，治理費(fèi)用很高，建議采用炳F13地塊場(chǎng)坪(標(biāo)高為1 323 m)時(shí)的擬開挖邊坡。

根據(jù)擬開挖邊坡(炳F13地塊場(chǎng)坪)地層出露情況和邊坡上下放坡邊界線范圍，將邊坡分為三段，即AB段，BC段和CD段。

AB段全長(zhǎng)為100 m，根據(jù)場(chǎng)地上下放坡邊界線，邊坡最大放坡條件為1∶0.75(代表剖面為1—1′剖面)，擬開挖邊坡上部出露地層為素填土，厚度約18 m，下部為昔格達(dá)組地層和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，從坡腳至坡頂高度為45 m。根據(jù)擬開挖邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，自然條件下擬開挖邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.905，邊坡按照1∶0.75放坡后，將引起坡頂素填土產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象，該段擬開挖邊坡不穩(wěn)定。

BC段全長(zhǎng)為256 m，根據(jù)場(chǎng)地上下放坡邊界線，邊坡最大放坡條件為1∶1.25(代表剖面為2—2′，3—3′，4—4′剖面)，邊坡出露地層為昔格達(dá)組泥巖、粉砂巖，邊坡高度為40 m。據(jù)擬開挖邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，圓弧滑動(dòng)法自然條件下擬開挖邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.064～1.241，在地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.019～1.184，簡(jiǎn)化Bishop法自然條件下擬開挖邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.129～1.314，在地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.065～1.241。因此依據(jù)文獻(xiàn)[5]，邊坡高度大于30 m，邊坡工程安全等級(jí)為一級(jí)。擬開挖邊坡計(jì)算采用的為圓弧滑動(dòng)法，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)見表4，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)[K]=1.30，計(jì)算結(jié)果表明，在天然和地震情況下，邊坡安全儲(chǔ)備不足。

表4 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)表

CD段全長(zhǎng)為95 m，根據(jù)場(chǎng)地上下放坡邊界線，邊坡最大放坡條件為1∶1.0(代表剖面為5—5′剖面)，邊坡出露地層為昔格達(dá)組泥巖、粉砂巖，邊坡高度為38.7 m。據(jù)擬開挖邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，圓弧滑動(dòng)法自然條件下擬開挖邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.983，在地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為0.942，簡(jiǎn)化Bishop法自然條件下擬開挖邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.046，在地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為0.987,邊坡按照坡比開挖，將產(chǎn)生昔格達(dá)組地層滑坡現(xiàn)象，該段擬開挖邊坡不穩(wěn)定。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

在勘察資料的基礎(chǔ)上，獲取了邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)所需的巖土力學(xué)參數(shù)。通過邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，可得出如下結(jié)論：

1)攀枝花市炳三區(qū)F線道路邊坡處于區(qū)內(nèi)人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)現(xiàn)象輕微的地區(qū)，自然邊坡整體是穩(wěn)定的；2)擬開挖邊坡在天然和地震狀態(tài)下AB段、CD段不穩(wěn)定，BC段安全儲(chǔ)備不足，故對(duì)F線開挖邊坡必須采取支護(hù)措施；3)通過本次勘察，炳F13地塊發(fā)現(xiàn)一個(gè)小滑坡體，滑坡體屬于淺表層素填土小型滑坡，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定無影響。

3.2 建議

1)擬開挖邊坡高度較大，坡度較陡，邊坡一旦失穩(wěn)將造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，后果嚴(yán)重，潛在的社會(huì)影響嚴(yán)重。場(chǎng)坪時(shí)適當(dāng)調(diào)整場(chǎng)坪標(biāo)高，盡量減小坡面高度,炳F12、炳F13地塊建議場(chǎng)坪標(biāo)高為1 323.00 m；2)擬開挖F線邊坡支護(hù)方案采用抗滑擋墻、錨桿(錨索)和地表排水措施；3)昔格達(dá)組地層遇雨易崩解，長(zhǎng)期的地表水沖刷，將減小昔格達(dá)組地層物理力學(xué)指標(biāo)，因此要做好坡面及周邊的排水措施。

[1] 周德培，張建經(jīng)，湯 涌.汶川地震中道路邊坡工程震害分析[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(3)：565-576.

[2] 鄧東平，李 亮.兩種滑動(dòng)面型式下邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法的研究[J].巖土力學(xué)，2013,34(2)：372-410.

[3] 劉振興.基于北京理正巖土軟件和PLAXIS的軟土地基加筋路堤穩(wěn)定性計(jì)算方法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.

[4] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[6] GB 50330—2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis on engineering slope stability of F line road in Bingsan district in Panzhihua

Yang Wei

(SichuanMetallurgicalGeologicalExplorationBureau601Brigade,Panzhihua617000,China)

The investigation of the F line road of the Bingsan district in Panzhihua city is performed according toCodeforInvestigationofGeotechnicalEngineeringandTechnicalCodeforBuildingSlopeEngineeringand relevant provisions, using the slice method and simplified Bishop method to calculate the stability analysis of slope of the road engineering. Slope treatment measures are proposed by the stability analysis and evaluation of road slope.

road engineering， stability analysis， slice method， simplified Bishop method

1009-6825(2015)02-0050-02

2014-11-08

楊 偉(1976- )，男，工程師

U416.14

A