山西省某高填方路基邊坡穩(wěn)定性分析★

王建軍 王子相 白明洲 滿高峰 馬 坤

(1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088； 2.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

山西省某高填方路基邊坡穩(wěn)定性分析★

王建軍1王子相1白明洲2滿高峰1馬 坤1

(1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088； 2.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

根據(jù)山西省某高填方路基邊坡的邊界條件、形態(tài)特征和變形趨勢(shì)，建立了經(jīng)驗(yàn)可靠的有限元模型，并對(duì)該處滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究,研究得出，在自然狀態(tài)下，滑坡體有失穩(wěn)的危險(xiǎn)，x方向(沿滑動(dòng)面方向)位移的最大變形量為8 cm，z方向(垂直方向)的最大變形量為5.8 cm，有必要對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性加固處理。

滑坡，穩(wěn)定性計(jì)算，數(shù)值模擬

1 概述

滑坡區(qū)位于古交市西山山體南坡地段，處于西部高原山地東側(cè)邊緣區(qū)域，地形地貌見圖1。

根據(jù)野外工程地質(zhì)調(diào)繪及勘探揭露的地層巖性，并結(jié)合搜集資料，勘察區(qū)地層主要為第四系松散堆積層和二疊系沉積巖，其巖土類型主要為粉質(zhì)黏土含碎石、黃土狀土，素填土、人工填土、泥巖、砂巖及砂泥巖互層。

滑坡體位于山體前緣，山體坡度較陡。山體呈略凹形，便于匯水。滑坡體總體呈曲度平緩的圓弧形，遠(yuǎn)觀后緣清晰可見。坡面有塊石堆積，為山體巖石崩落堆積而成。K63+306～K63+408段滑坡要素特征非常明顯，在滑體兩側(cè)出現(xiàn)明顯的剪切裂縫，呈羽狀分布，滑體后緣也有拉張裂縫，已經(jīng)貫通，滑體前緣特征不太明顯。

根據(jù)國家地震局GB 18306—2001中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖、GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，場(chǎng)區(qū)屬抗震設(shè)防7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s。

總觀滑坡整體認(rèn)為：滑坡外部形態(tài)特征明顯，公路修建及初次治理形成陡坡路堤，滑坡前緣有開闊的滑移空間，滑面處于初次治理施工地層下部，滑坡體重力勢(shì)能增加，雨水排泄不暢，滑動(dòng)帶擾動(dòng)明顯，含水量高，故滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)且加速變形期，隨時(shí)有滑坡滑移破壞的可能(見圖2)。

2 數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型

模擬參數(shù)的選取是邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的關(guān)鍵，本研究主要依據(jù)該邊坡相類似地質(zhì)條件的有關(guān)工程結(jié)構(gòu)面及巖體強(qiáng)度參數(shù)，分別考慮巖體的不同風(fēng)化，狀態(tài)綜合確定巖體的物理力學(xué)，模型由中風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、素填土、黃土狀粉土、瀝青混凝土面層、水泥穩(wěn)定碎石基層、擋土墻、干砌片石擋墻、微型樁、蓋頂梁、預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)成。具體參數(shù)見表1。

表1 物理力學(xué)參數(shù)

2.2 模擬工況的選取

本部分研究主要針對(duì)滑坡治理前進(jìn)行數(shù)值模擬，所以建立的工況模型僅受自重荷載作用，所以加載方式為自重加載。根據(jù)此中型滑坡地層賦存條件建立邊坡的三維模型。

邊界條件：固定模型的兩側(cè)，即水平位移為0，固定模型底部x，y，z3個(gè)方向均為0，按照SRM折減法對(duì)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型見圖3。

2.3 結(jié)果分析

從圖4的塑性應(yīng)變圖可以看到，在滑坡體位置出現(xiàn)大量的塑性單元，尤其是在坡腳處為剪應(yīng)力的最大區(qū)域，也就是說在此區(qū)域發(fā)生下滑的可能性最大，而且公路滑坡體附近的張拉塑性區(qū)的單元數(shù)也大幅度增加，說明邊坡的滑坡體有進(jìn)一步下滑的趨勢(shì)，有必要對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性加固處理。

根據(jù)以上的分析和計(jì)算得到了邊坡體的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力和剪應(yīng)力分布等值線圖，對(duì)等值線圖進(jìn)行分析后得出結(jié)論，最大主應(yīng)力在公路上部的滑坡體區(qū)域內(nèi)(見圖5)。

由圖6可以看出滑坡體僅在自重荷載作用下，x方向(沿滑動(dòng)面方向)位移的最大變形量為8 cm，z方向(垂直方向)的最大變形量為5.8 cm。

計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.012 5，該邊坡處于極限平衡狀態(tài)，很有下滑的潛在危險(xiǎn)。

3 結(jié)語

1)通過數(shù)值模擬，滑坡體的坡腳處為剪應(yīng)力的最大區(qū)域，也就是說在此區(qū)域發(fā)生下滑的可能性最大，而且公路滑坡體附近的張拉塑性區(qū)的單元數(shù)也大幅度增加，說明邊坡的滑坡體有進(jìn)一步下滑的趨勢(shì)，有必要對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性加固處理。

2)滑坡體僅在自重荷載作用下，x方向(沿滑動(dòng)面方向)位移的最大變形量為8 cm，z方向(垂直方向)的最大變形量為5.8 cm。

3)通過定量計(jì)算，得出該邊坡在自然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為0.98，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。而在考慮地震作用下，滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)小于0.85，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。

[1] 張振山,毛新虎.山西某滑坡穩(wěn)定性分析[J].山西建筑,2013，39(33):56-58.

[2] DZ/T 0218—2006，滑坡防治工程勘查規(guī)范[S].

[3] 毛新虎.某滑坡穩(wěn)定分析及處理方案探討[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(2):22-26.

[4] DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 張舉智.某土質(zhì)高邊坡勘察與穩(wěn)定性分析[J].山西建筑，2011，37(14):70-71.

Stability analysis of a high embankment slope in Shanxi province★

Wang Jianjun1Wang Zixiang1Bai Mingzhou2Man Gaofeng1Ma Kun1

(1.ChinaCommunicationHighwayPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100088,China；2.BeijingJiaotongUniversity,SchoolofCivilEngineering,Beijing100044,China)

According to boundary conditions, morphological conditions and deformation tendency of the high-filling subgrade in Shanxi province, the paper establishes reliable finite element model, studies the landslide stability, and finds out that: the landslide will be instable under natural condition, and the maximum deformation ofxdirection(along the direction of sliding surface) is about 8 cm; the maximum deformation ofzdirection(vertical direction) is 5.8 cm. Therefore, it is necessary to reinforce the slope stability.

landslide, stability calculation, numerical simulation

2015-05-24★：山西省交通廳科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2013117)

王建軍(1975- )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師； 王子相(1983- )，男，工程師； 白明洲(1967- )，男，教授； 滿高峰(1982- )，男，工程師； 馬 坤(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0054-02

U416.14

A