基于極限平衡理論的土質(zhì)邊坡穩(wěn)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(wěn)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(shù)的變化規(guī)律。分析結(jié)果表明：采用無支護的開挖方式將引起邊坡安全系數(shù)隨著開挖的進行逐漸降低，在開挖完成后邊坡安全系數(shù)明顯低于規(guī)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(shù)值大于規(guī)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(guān)鍵詞】極限平衡理論；邊坡穩(wěn)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(zhèn)隴益村，設(shè)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(cè)均需切坡，以右側(cè)為主，路基設(shè)計高程在382.9～390.917m之間。由現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，邊坡在施工開挖和支護過程中基本保持穩(wěn)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(shù)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(tǒng)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(shè)孔徑為150mm，邊坡坡面采用400cm×400cm的鋼筋混凝土網(wǎng)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(wěn)定性，在網(wǎng)格梁內(nèi)設(shè)置生態(tài)防護措施，在網(wǎng)格梁內(nèi)進行植草與設(shè)置拱形截水骨架，如圖1所示。進行數(shù)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(xiàn)邊坡巖土體土層分布，錨桿設(shè)置長度、形式等如圖2所示，所選取的參數(shù)為工地試驗室與設(shè)計院提供數(shù)據(jù)共同確定，極限平衡方法所需的相關(guān)巖土體物理力學(xué)參數(shù)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(zhì)粘土與強風(fēng)化灰?guī)r巖土體材料，邊坡支護結(jié)構(gòu)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(jù)相關(guān)規(guī)范（混凝土支護設(shè)計規(guī)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(xué)參數(shù)按照表1選取。

3 計算結(jié)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(shù)。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(dá)的范圍以內(nèi)，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(shù)大小與潛在滑移面的位置無關(guān)，這是由于開挖一級時只對邊坡頂部產(chǎn)生了一定影響，并且是對邊坡整體穩(wěn)定性是有利的，因此在進行一級邊坡支護后，其安全系數(shù)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(shù)變化規(guī)律，表明邊坡安全系數(shù)為先升高后減低，但隨著支護措施的加固，邊坡安全系數(shù)又不斷增大。

4 結(jié)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(shù)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：采用無支護的開挖方式將引起邊坡安全系數(shù)隨著開挖的進行逐漸降低，在開挖完成后邊坡安全系數(shù)明顯低于規(guī)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(shù)值大于規(guī)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】

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980.

[2]張?zhí)鞂?土坡穩(wěn)定分析和上工建筑物的邊坡設(shè)計[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1987.

[3]孫君實.條分法的提法及其數(shù)值計算的最優(yōu)化方法[J].水力發(fā)電學(xué)報，1983（1）：45-49.

[4]張雄.邊坡穩(wěn)定性分析的改進條分法[J].巖土工程學(xué)報，1994，16（3）：84-92.

[責(zé)任編輯：田吉捷]