Slide軟件在山區公路路塹邊坡加固設計中的應用?

茍棟元，翟文光

（1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.山區道路工程與防災減災技術國家地方聯合工程實驗室，重慶 400067；3.重慶交通大學，重慶 400074）

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Slide軟件在山區公路路塹邊坡加固設計中的應用?

茍棟元1，2，翟文光2，3

（1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.山區道路工程與防災減災技術國家地方聯合工程實驗室，重慶 400067；3.重慶交通大學，重慶 400074）

摘要：結合工程實例，采用Slide軟件對廣州某高速公路路塹邊坡穩定性進行分析和計算，并根據計算結果確定了錨桿框格梁+錨索框格梁的加固方案；同時將Slide軟件計算結果同傳統計算方法的結果進行比較，Slide計算結果更符合實際，且其建模、計算簡單，可用于公路路塹邊坡的穩定性分析。

關鍵詞：公路；Slide軟件；路塹邊坡；穩定性分析

近年來，隨著中國交通事業的迅猛發展，山區公路建設取得長足進步。但在山區公路建設中，受地形地貌的限制，難免出現大量山體開挖。開挖的巖體在前緣形成臨空面，由于外界因素（如溫度、濕度、降雨等）的變化，其內摩擦角和粘聚力降低，在自重作用及降雨的影響下易產生滑移，導致邊坡出現垮塌等穩定性問題，進而危害公路運營及行車安全。

Slide軟件由加拿大RocScience公司研發，可進行圓弧或非圓弧滑動的巖質或土質邊坡穩定性和滲流模型分析，模擬多種外部荷載、地下水和支護形式。其計算方法基于豎直條分法的極限平衡分析理論，對既定邊坡可指定滑動面使之自動搜索滑動面，進行邊坡穩定概率分析和敏感性分析。該文采用Slide軟件對廣州某山區公路路塹邊坡穩定性進行分析，并將穩定性計算結果同傳統方法的計算結果進行比較，為公路路塹邊坡的穩定性分析和評價提供新的思路與方法。

1　邊坡穩定性分析理論

極限平衡法是巖土體穩定性分析方法之一。通常根據作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比，求該塊體的穩定性系數，是被廣泛采用的路基穩定性分析方法。該方法以Mohr-Coulomb強度理論為基礎，通過分析土體在破壞那一刻的靜力平衡來求得問題的解。它不像傳統的彈塑性力學那樣引入應力-應變關系來求解本質上為靜不定的問題，而是引入一些簡化的假定，從而使問題變得靜定可解。

該文采用Slide軟件提供的簡化Bishop法進行邊坡的穩定性計算。該方法一般適用于沒有軟弱土層或結構面的邊坡，計算結果通常代表正確結果解，且往往能得到足夠的精度。該方法考慮了條間力的作用，如圖1所示，其計算公式如下：式中：Fs為安全系數；mai=cosαi+tgφisinαi/Fs，其值通過mai曲線得到；φi為第i塊土條滑面的內摩擦角（°）；ci為第i塊土條滑面的粘聚力（k Pa）；bi為第i塊土條的長度（m）。

圖1　Bishop法計算邊坡穩定性示意圖

2　工程概況

廣州增城沙莊至花都北興公路二期工程（荔城至花都北興段）K20+058—162右側路塹長104 m，最大邊坡高33.7 m。屬構造剝蝕丘陵地貌，地形陡峭，V形谷發育，自然坡度一般為25°～35°，坡頂、坡底地面高程51.3～35.5 m，相對高差約15.8 m，山體植被茂密。僅有鄉間便道抵達，交通較困難。

根據地質資料和滑坡工程地質勘察資料，該區地表覆蓋層為第四系全新統人工填土（Q4me）及坡殘積層（Q4dl+el），下伏基巖為燕山三期花崗巖（γ52（3））。該段路基坡面局部為土層或風化層覆蓋，在基巖出露處有較發育的節理三組（見圖2）。

該段未見地表水，地下水有第四系孔隙水、基巖風化裂隙水及構造裂隙水，均受大氣降水補給。地表徑流排泄條件較好，多向低洼處排泄，部分向深處補給。

圖2　K20+058—162段赤平投影圖

3　穩定性計算分析

3.1計算參數及工況

該邊坡所處地區年降雨量1 141.8 mm左右，降雨強度大，存在暴雨或連續降雨的情況，分別選取2種工況進行穩定性分析計算：工況一為自重（天然工況）；工況二為自重+暴雨（暴雨工況）。該巖質邊坡不利結構面采用赤平投影分析（見圖2），巖層結構面對邊坡無不利影響，對規模較大的碎裂結構巖質邊坡和土質邊坡穩定計算采用簡化Bishop法。綜合地質勘探物理力學試驗結果及工程經驗設置計算參數（見表1）。根據地質勘察報告，鋼筋與M30水泥砂漿粘結強度標準值為2.5 MPa，鋼絞線與M30水泥砂漿粘結強度標準值為3.5 MPa。

表1　巖土計算參數取值

3.2穩定性計算分析

3.2.1未支護前邊坡穩定性計算分析

該邊坡未支護前，采用Slide軟件分別計算其在2種工況下的最小穩定性系數，搜索對應的最危險滑動面，計算結果見圖3。

3.2.2支護后邊坡穩定性計算分析

根據Slide計算所確定的危險滑動面的位置采取加固處治措施，以增加安全系數，從而提高邊坡的穩定性。加固工程措施如下：第一級邊坡采用錨桿框架梁加固，錨桿長11.5 m，采用?28HRB400鋼筋，傾角為20°；第二、三級采用錨索框架梁加固，錨索長分別為24、26 m，錨固段均為10 m，采用4束?15.2高強度低松弛無粘結鋼絞線，傾角為20°；第四級邊坡采用拱形骨架植草防護（見圖4）。

工程支擋措施完成后，分別計算該邊坡在上述2種工況下的穩定性系數，計算結果見圖5。

根據圖5，邊坡加固后在天然工況下的最小穩定性系數為1.576，在暴雨工況下的最小穩定性系數為1.376，均滿足設計規范的要求，加固后邊坡的穩定性得到大大提高。

3.3與傳統穩定性計算方法的比較

采用傳統人工條分法計算，加固前，該邊坡在天然工況下的穩定性系數為1.156，在暴雨工況下的穩定性系數為0.986；采用加固措施后，該邊坡在天然工況下的穩定性系數為1.673，在暴雨工況下的穩定性系數為1.395。與傳統方法的計算結果相比，Slide計算得到的穩定性系數偏小，其原因主要是Slide軟件采用的是搜索法，通過搜索尋找到最小穩定性系數，而傳統人工條分法的計算結果是通過給定的幾個滑弧計算穩定性系數并取小值得到的，Slide的搜索更嚴格，人工條分法的搜索相對粗糙，加上二者計算方法相同，故Slide計算結果比人工條分法的小。

圖3　未支護前邊坡穩定性計算結果

圖4　K20+058—162邊坡加固設計（單位：m）

圖5　加固后邊坡穩定性計算結果

4　結語

該文采用Slide軟件分析了某公路邊坡在天然工況和暴雨工況下的穩定性，得到不同工況下的最小穩定性系數。目前，該邊坡經過長時間的運營，狀況良好，表明運用Slide計算邊坡的穩定性可行，結果可靠。

采用Slide分析及計算邊坡的穩定性，建模相對簡單，只需保留地質界線，然后導入軟件即可。同時對不同的地層賦予不同的參數，根據實際情況選擇相關計算方法即可計算其穩定性。同傳統人工條分法相比，Slide的穩定性計算結果及邊坡狀態更符合工程實際情況，有利于降低工程造價。

參考文獻：

［1］ 馬金根.Slide在邊坡穩定分析中的應用：以某水電站放空洞出水口邊坡為例［J］.資源與環境工程，2010，28 （4）.

［2］ 陳祖煌.土質邊坡穩定分析：原理.方法.程序［M］.北京：中國水利水電出版社，2003.

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［4］ 陳祖煜.土坡穩定分析通用條分法及其改進［J］.巖土工程學報，1983，5（4）.

［5］ 高大釗，袁聚云.土質學與土力學［M］.北京：人民交通出版社，2006.

由圖3可知：邊坡開挖完成后，若不采取相應的工程支擋措施，該邊坡在天然工況下的最小穩定性系數為1.114，處于欠穩定狀態；在暴雨工況下的最小穩定性系數為0.971，處于不穩定狀態，均不滿足設計要求。該邊坡在自重及暴雨工況下可能發生整體破壞，需對其進行支護加固。

中圖分類號：U418.5

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0134-03

基金項目：?國家科技支撐計劃課題（2015BAK09B01）

收稿日期：2016-01-21