極限平衡分析法在棄土場邊坡穩定性分析中的應用

摘要：極限平衡分析法是目前邊坡穩定性分析中最早最完善的方法，尤其是在堆積體邊坡穩定性分析中應用較廣，本文依靠理正巖土軟件以朝陽溝隧道出口棄土場為工程實例進行計算分析，得到邊坡不同工況下整體穩定性和最危險滑面情況，進而提出削坡留設平臺的方式進行邊坡治理而使坡體穩定。

關鍵詞：極限平衡分析法；棄土場邊坡；穩定系數；削坡

1. 極限平衡法簡介

極限平衡法基本原理為巖土體會發生破壞是因為滑體內部發生了滑動，滑動面的形狀可以是平面、圓弧面或者是對數螺旋面及不規則曲面，且滑動面上土體服從破壞條件。滑動面形成的隔離體，通過考慮其靜力平衡，確定滑動發生的破壞荷載，再將隔離體分成若干豎向條塊，對條間力進行簡化，考慮各條塊的靜力平衡，確定滑面滑動的破壞荷載，并且得到的是一系列滑面滑動的破壞荷載，這就是條分法。極限平衡法能夠滿足力和力矩的平衡，摩爾—庫倫破壞準則和應力邊界條件，因其物理意義明確，計算結果可靠，方法簡單而在實際工程中廣泛應用。

2工程實例

2.1項目概況

赤峰至喀左客運專線CFSG-5標朝陽溝隧道出口棄土場位于赤峰市元寶山區平莊鎮老西營子村，棄土來源于朝陽溝隧道出口段施工棄土，成分以黃土和強風化泥巖為主，棄土場為自然堆砌，平面大致呈圓形，棄土場現已形成三級臺階，每級平臺寬約6m，坡角40°左右。棄土場所處地形為低山丘陵地貌，地形起伏較大，渣場位于溝谷一側，東北高西南低，渣場頂部標高612m，前緣坡腳標高581m左右，壓占范圍內無常年地表徑流，雨季時沿溝谷地勢排出，局部在松散表土層形成上層滯水，沿巖層節理裂隙下滲排泄。

2.2 穩定系數及力學參數選取

該棄土場邊坡主要為路塹排棄物組成，其壓占范圍的地層主要由黃土、基巖構成。由于土堆填方較高、修砌平臺不規則，排棄物多為路塹開挖的黃土等易滑落散體材料等因素對邊坡穩定性存在著不利影響。根據《建筑邊坡工程技術規范》，考慮到邊坡前緣無主要保護對象，綜合確定該邊坡安全等級為二級。根據《工程地質手冊》（第四版）、巖土工程勘察報告以及現場調查情況綜合確定本次邊坡穩定分析所用的物理力學參數。

2.3 計算剖面選取

棄土場邊坡坡度、厚度以及原始基底地面線的坡度直接影響著棄土場邊坡的穩定性，因此剖面的選取以堆料厚、坡度陡為原則選取較危險的剖面進行計算。本次邊坡穩定性分析根據業主單位提供的有關資料，土堆形成前后地形圖、土場設計圖紙、巖土工程勘察報告以及調查情況，考慮到土場形狀，綜合選取1個剖面為計算斷面，并采用理正巖土軟件計算，為設計修建擋墻且處于地形溝底的1-1剖面，該剖面坡最大坡度為1：1.6。

2.4 邊坡穩定性計算

（1）邊坡穩定性評價標準

朝陽溝棄土場邊坡為二級邊坡，邊坡工程穩定性計算時其一般工況的穩定安全系數為1.30，地震工況穩定安全系數為1.10。

（2）計算結果

針對本次布設的1個邊坡剖面進行穩定性分析計算，對剖面的最危險滑動面進行搜索，并確定其穩定系數，同時對邊坡沿基底滑動的整體穩定性進行計算，計算結果如表1所示。

（3）結果分析

理正計算結果顯示剖面的最大坡度為1：1.6，土場位置原始地形坡度約為14o，邊坡棄土料的巖土性質及其均勻性對邊坡穩定存在很大的影響。經計算邊坡整體穩定性系數為1.320>1.30，說明邊坡整體穩定，沿基底滑動的可能性很小，應重點分析土料的穩定狀態。

對邊坡進行最危險滑動面的搜索，一般工況計算結果中最小穩定性系數為0.990<1.00，地震工況穩定性系數為0.879<1.10，說明該邊坡處于不穩定狀態，急需采取治理措施，以滿足穩定要求。潛在最危險滑動面為圓弧滑面，滑裂面位于邊坡中上部。

2.5 棄土場邊坡治理建議

經過對棄土場邊坡計算剖面的穩定性計算分析，結果表明計算剖面穩定性系數為0.990，不能滿足二級邊坡穩定安全系數；需通過采取削坡留設平臺的方式進行邊坡治理，考慮到邊坡形狀、地理位置及地層組成，邊坡坡率按1：3.0進行放坡，每10m高度布設一級臺階，臺階寬度5m。修整后邊坡一般工況的穩定性系數為1.419>1.30，地震工況的穩定性系數為1.190>1.10，邊坡處于穩定狀態，滿足安全要求。

3 結論

該土場基底地層強度較高，原始地勢稍陡，經試算基底整體穩定性能夠滿足規范技術要求。對棄土場邊坡主滑剖面進行穩定性計算分析，結果表明土堆處于不穩定狀態，急需采取治理措施。對土堆坡度超過1：3.0的部分按1：3.0進行修整，每10m高布設一級臺階，平臺寬度5m。修整后邊坡穩定性系數達到有關規范要求，邊坡處于穩定狀態?？紤]到降雨對邊坡穩定性的不利影響，建議及時完善排水系統以減少降雨帶來的危害，確保工程安全。

參考文獻

[1]李廣信.土的清華彈塑性模型及其發展[J].巖土工程學報，2006，28（1）：1-10；

[2]孫濤，顧波.邊坡穩定性分析方法評述[J].邊坡工程，2002，11（5）：48-50；

[3]陳祖煜.土質邊坡穩定性分析的原理和方法[M].北京：中國水利水電科學研究院，2000；

[4]周翠英，劉祚秋，黃立國，等.邊坡失穩破壞過程的大變形有限元分析[J].巖土力學，2003，24（4）：644-647；

[5]張均鋒，王思瑩，祈濤.邊坡穩定分析的三維Spencer法[J].巖石力學與工程學報，2005，24（19）：3434-3439.

作者簡介：張凱（1985-），男，漢族，遼寧阜新，碩士研究生，工程師，主要從事地質災害勘查、設計及相關巖土工作。

（作者單位：中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司）