某公路路堤邊坡穩(wěn)定性分析

湯煒斌 石立群 李登敏

(1.長沙市芙蓉實業(yè)公司，湖南 長沙 410000； 2.湖南都市職業(yè)學(xué)院，湖南 長沙 410137； 3.湖南省宏尚檢測技術(shù)股份有限公司，湖南 長沙 410208)

某公路路堤邊坡穩(wěn)定性分析

湯煒斌1石立群2李登敏3

(1.長沙市芙蓉實業(yè)公司，湖南 長沙 410000； 2.湖南都市職業(yè)學(xué)院，湖南 長沙 410137； 3.湖南省宏尚檢測技術(shù)股份有限公司，湖南 長沙 410208)

邊坡穩(wěn)定性分析是土木工程領(lǐng)域研究的熱門課題，結(jié)合工程實例，通過對邊坡穩(wěn)定的分析，求解穩(wěn)定系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，了解邊坡分析的方式方法，對工程實際具有一定的參考意義。

邊坡穩(wěn)定，穩(wěn)定系數(shù)，路基

0 引言

一直以來邊坡穩(wěn)定性分析是土木工程領(lǐng)域研究的熱門課題。諸多專家學(xué)者在邊坡穩(wěn)定方面取得了不少成果[1,2]。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國的高等級公路迅速發(fā)展。由于高等級公路根據(jù)較高的技術(shù)指標進行設(shè)計和施工，從而必然存在大量的高填方路基，大大增加了公路的占地面積，因此路堤的放坡坡率決定著路堤占地面積的大小。《規(guī)范》[3]規(guī)定路堤邊坡坡率是由填料的物理力學(xué)性質(zhì)、邊坡高度和工程地質(zhì)條件決定，并分別給出了細粒土、粗粒土、巨粒土在路堤邊坡不大于20 m情況下的邊坡設(shè)計坡率。

邊坡穩(wěn)定性分析有多種分析方法：極限平衡理論、有限元、有限差分、離散元分析法。常用邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析如簡化Bishop法，主要建立在極限平衡理論基礎(chǔ)上，未考慮巖土體內(nèi)部的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，且在求解安全系數(shù)時，需假定滑裂面形狀為折線、圓弧、對數(shù)螺旋線等。

1 工程概況

路基邊坡坍塌是公路上常見的破壞現(xiàn)象。在進行邊坡穩(wěn)定性分析時，假設(shè)不考慮滑動土體本身內(nèi)應(yīng)力的分布，平衡狀態(tài)只在滑動面上達到，滑動土體成整體下滑，極限滑動面位置通過試算確定。本路段為某公路K55+300～K56+400段，設(shè)計速度為100 km/h。路幅為2 m+2×0.75 m+2×7.50 m+2×3.0 m+2×0.75 m。其中路基K55+700的橫斷面填方高度最大，邊坡附近達到18.00 m。在進行穩(wěn)定性的分析中一般會采用最高邊坡作為最危險的地方。因此把K55+700處的橫斷面作為邊坡穩(wěn)定性分析的研究對象。路堤的填土為粗粒粘性土，這種土的天然容重γ=18 kN/m，土的粘聚力c=25 kPa，內(nèi)摩擦角φ=25°，坡度采用1∶m1=1∶1.5，1∶m2=1∶1.75。

2 滑動圓心輔助線的確定

如圖1所示，一般情況下，圓心位置在輔助線FO1的延長線移動，F(xiàn)點由4.5H法確定，其中由邊坡坡度為1∶1，查手冊取β1=26°，β2=35°，交點為F,圓心在輔助線上向左上方移動，第一個圓心與F點的距離為0.25H+0.4 m確定，其他點的位置按與前一點的0.3確定，并且圓心點位置還應(yīng)在輔助線垂直的方向取點。

在FO1的延長線上取5個點，相鄰距離為0.3H，分別畫出5個滑動面，在不考慮水的作用的情況下，對5個滑動面采用Bishop條分法分析邊坡穩(wěn)定性，然后取最小的Fs與[K]比較。

3 穩(wěn)定系數(shù)K及穩(wěn)定驗算

在進行邊坡穩(wěn)定性分析時，大多采用以下的假設(shè)：不考慮滑動土體本身內(nèi)應(yīng)力的分布；平衡狀態(tài)計算公式如下：

其中，Qi為第i土條垂直方向的外力；αi為第i土條底滑面的傾角；cdi地基粘結(jié)力；bi為第i土條寬度；Wdi為第i土條地基的重力；φdi為地基內(nèi)摩擦角；U為地基平均固結(jié)度；Wti為第i土條路堤的重力。由此可以得出5個滑動面的計算示意圖，如圖2所示。

采用迭代法計算穩(wěn)定系數(shù)，滑動面3的邊坡穩(wěn)定性驗算見表1。

表1 滑動面邊坡穩(wěn)定性驗算

同樣可以得出其他4個滑動面的驗算表。可以得出5個Fs值，即：Fs1=1.78，F(xiàn)s2=1.60，F(xiàn)s3=1.55，F(xiàn)s4=1.65，F(xiàn)s5=1.95。由Fs值得出擬合方程曲線如圖3所示。

4 結(jié)語

由圖3分析計算可得，當x=2.74時，有極小值y=1.54，由此可知滑動面3為最危險滑動面，故最小穩(wěn)定系數(shù)計算為Fs=1.54≥[Fs]=1.35，所以說明邊坡是穩(wěn)定的。

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體初始應(yīng)力等內(nèi)因，也有地震、巖體風(fēng)化程度等外因。內(nèi)因?qū)吰路€(wěn)定起控制作用，外因起誘發(fā)作用。結(jié)合工程實例，通過對邊坡穩(wěn)定的分析，掌握邊坡分析的方式方法，對工程實際具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 劉紅帥.巖土邊坡地震穩(wěn)定性分析研究評述[J].地震工程與工程振動,2005,25(1):164-171.

[2] 朱大勇.邊坡臨界滑動場及其數(shù)值模擬[J].巖土工程學(xué)報,1997(1):13-15.

[3]JTGD30—2015,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

The analysis of slope stability about highway embankment

Tang Weibin1Shi Liqun2Li Dengmin3

(1.ChangshaFurongIndustrialCorporation,Changsha410000,China; 2.HunanUrbanProfessionalCollege,Changsha410137,China; 3.HunanHongshangTestingTechnologyCo.,Ltd,Changsha410208,China)

The slope stability analysis is a hot topic in the field of civil engineering. Through the analysis of the slope stability, the paper has some certain guiding significance to the project.

slope stability, stability coefficient, subgrade

1009-6825(2017)22-0152-02

2017-05-25

湯煒斌(1975- ),男,工程師; 石立群(1977- ),女,碩士,工程師; 李登敏(1993- ),女,助理工程師

U416.14

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