基于極限平衡理論的土質邊坡穩定性分析

毛梁

【摘 要】為分析桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高邊坡在開挖過程中的穩定性，采用極限平衡理論分析計算了該邊坡開挖過中滑動面與安全系數的變化規律。分析結果表明：采用無支護的開挖方式將引起邊坡安全系數隨著開挖的進行逐漸降低，在開挖完成后邊坡安全系數明顯低于規范要求的最低值。采用邊開挖邊支護的形式則能在各個開挖階段都滿足安全系數值大于規范要求值。因此，建議邊坡的施工和支護過程中盡可能的采取邊開挖邊支護的形式進行處理。

【關鍵詞】極限平衡理論；邊坡穩定性

1 工程概況

桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高邊坡位于大新縣下雷鎮隴益村，設計公路采用整體式路基以路塹方式從山坡坡腰穿過，挖方范圍在K104+700～K104+920之間，長約220m，中線最大挖深約17.2m（K104+760），左右側均需切坡，以右側為主，路基設計高程在382.9～390.917m之間。由現場監測結果表明，邊坡在施工開挖和支護過程中基本保持穩定，但為了進一步了解其變形機理，選定該工點進行分析。

2 數值模型

邊坡最大高度為45米，分為五級進行開挖，邊坡各級臺階統一采用1：1進行放坡，每一級邊坡高度為10米，臺階寬度為3米，邊坡每級采用3排錨桿（錨索）進行支護，錨桿采取與邊坡坡面垂直進行布置，錨桿的布設孔徑為150mm，邊坡坡面采用400cm×400cm的鋼筋混凝土網格梁進行布置，同時為了保證邊坡建成后的美觀與在降雨條件下的穩定性，在網格梁內設置生態防護措施，在網格梁內進行植草與設置拱形截水骨架，如圖1所示。進行數值分析時，選取K104+920斷面為分析斷面，建立二維計算分析模型。

利用極限平衡計算軟件Slide5.0進行分析，模型中可以體現邊坡巖土體土層分布，錨桿設置長度、形式等如圖2所示，所選取的參數為工地試驗室與設計院提供數據共同確定，極限平衡方法所需的相關巖土體物理力學參數如表1所示。

圖3為算例K104+700-K104+920邊坡典型斷面，Slide計算軟件對于邊坡表面拱形框架梁的模擬不能進行，但可將其作為安全儲備進行考慮。

模型中包括粉質粘土與強風化灰巖巖土體材料，邊坡支護結構為8米長錨桿，錨桿傾角與水平面的夾角為45°，錨桿直徑為130mm，并根據相關規范（混凝土支護設計規范GB50086-2001）要求，錨桿與混凝土砂漿之間的連接強度取800kPa。邊坡巖土體物理力學參數按照表1選取。

3 計算結果分析

圖4-圖6為邊坡開挖及時支護時的潛在滑移面位置及安全系數。圖4-圖5分別為開挖一級、三級、五級時刻并進行及時支護的的潛在滑移面示意圖。從圖可知，各個開挖時刻的邊坡的潛在滑移面位置大致位于錨桿能到達的范圍以內，表明錨桿起到了錨固表層巖土體的作用。并且圖4表明開挖一級時，邊坡支護與否對邊坡的安全系數大小與潛在滑移面的位置無關，這是由于開挖一級時只對邊坡頂部產生了一定影響，并且是對邊坡整體穩定性是有利的，因此在進行一級邊坡支護后，其安全系數大小與潛在滑移面位置與支護前是保持不變的。圖7為安全系數變化規律，表明邊坡安全系數為先升高后減低，但隨著支護措施的加固，邊坡安全系數又不斷增大。

4 結論

本文運用極限平衡理論分析了邊坡開挖過程中有支護條件下的安全系數變化規律。研究結果表明：采用無支護的開挖方式將引起邊坡安全系數隨著開挖的進行逐漸降低，在開挖完成后邊坡安全系數明顯低于規范要求的最低值。采用邊開挖邊支護的形式則能在各個開挖階段都滿足安全系數值大于規范要求值。因此，建議邊坡的施工和支護過程中盡可能的采取邊開挖邊支護的形式進行處理。

【參考文獻】

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[2]張天寶.土坡穩定分析和上工建筑物的邊坡設計[M].成都：成都科技大學出版社，1987.

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[責任編輯：田吉捷]