宜興公路Ⅱ號邊坡穩(wěn)定性分析

饒國濤 涂鵬飛 毛青峰 羅杰

摘要：目前，邊坡失穩(wěn)的防治仍然是一項很艱巨的任務，對邊坡的穩(wěn)定性分析及處治技術進行深入研究具有重要的意義。本文詳細介紹了宜興公路邊坡的工程概況，場地工程地質條件、巖土體的物理力學性質及其穩(wěn)定性的分析和支護方案的設計。分析及計算證明，該邊坡不符和穩(wěn)定要求，需要進行支護，運用理正軟件設計支護方案，本邊坡支護設計方案在滿足邊坡穩(wěn)定性的情況下兼顧降低工程造價以及支護工程施工的可行和方便。

Abstract： At present， the prevention and control of slope instability is still a very difficult mission. It is of great significance to conduct in-depth study on slope stability analysis and treatment technology. This paper introduces the engineering situation of yixing road slope， the engineering geological conditions， the physical and mechanical properties of rock and soil mass， the stability analysis and the design of support scheme. Analysis and calculation show that the discrepancy and slope stability requirements， the need for support， using reason is the software design support scheme， the slope supporting design scheme in the slope stability under the condition of both lower the project cost and support engineering construction is feasible and convenient.

關鍵詞：邊坡;穩(wěn)定性系數(shù);支護工程

Key words： slope;stability factor;supporting project

中圖分類號：U213.1+3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0276-03

0? 引言

在我國經(jīng)濟進步的同時，我國的土木工程建設也隨之快速發(fā)展，高層建筑非常迅速發(fā)展，當今的交通也是如此，道路的發(fā)展也和我們的專業(yè)結合密切。邊坡工程常常會與道路工程緊密結合在一起，往往是充當附屬結構的位置，產(chǎn)生了能讓道路進行正常使用的作用。邊坡工程的施工情況對工程的安全和穩(wěn)定有著非同一般的影響，尤其是道路問題與邊坡問題，嚴重的威脅人生的安全和交通的便利，因而邊坡穩(wěn)定問題是必須要解決的問題。本設計一宜興公路Ⅱ號邊坡為基礎，結合勘察結果，分析邊坡的工程地質特征，如氣象水文、地層、巖性、水文地質條件、地質構造與區(qū)域地殼穩(wěn)定性等。借助Geostudio軟件進行滲流分析，邊坡穩(wěn)定性分析計算，并作出評估。然后再用理正軟件5.6版進行邊坡防護的設計，選用擋土墻設計方案。

1? 邊坡工程概況

該邊坡分布高程190～237m，東西向斜長約42m，南北向平均寬度約170m，面積約7.14×103m2，最大高差約58m，坡度在33°-37°之間，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖、頁巖與厚層狀長石砂巖互層，基巖產(chǎn)狀280°∠36°，逆向坡。根據(jù)斜坡表面覆蓋層以及下伏基巖的構造條件將斜坡劃分三個區(qū)域，見圖1。II區(qū)主要由前部村級公路內(nèi)側出露的泥巖以及中后部的第四系崩坡積物組成，平均坡度達到37°。其中泥巖部分由于差異風化作用以及村級公路修建開挖形成臨空面，坡高6～10m，坡度達到60°。中后部第四系覆蓋層較薄，厚度約0.2～1m（圖1）;其下伏基巖為砂巖，但同I區(qū)一樣，發(fā)育兩組節(jié)理，使巖體較破碎，坡體上同樣分布較多基巖風化形成的倒坎以及孤石、危巖體體，體積多在0.125～12m3不等，最大超過20m3，典型的見4-4剖面上從下到上依次疊置4塊體積均超過10m3的大型危巖體。另外，從整體上看，本區(qū)上部砂巖與下部泥巖由于差異分化作用，使得下部村級公路斜坡內(nèi)側形成內(nèi)凹地。

根據(jù)邊坡取的15件土樣做出的土工試驗報告資料，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計后，物理力學指標見表1，表2。

2? Geostudio seep 滲流分析

根據(jù)所給剖面圖構造幾何模型，并導入Geostudio中的SEEP/W中（圖2），填充材料設計參數(shù)。其中滑體（淺灰色）的滲透系數(shù)為6.9m/day，滑床的滲透系數(shù)為0.000000003m/day。

設置完基本參數(shù)后就進行邊界條件的設定，由于是穩(wěn)態(tài)條件下我們首先不需要考慮降雨的問題，只需要設定前置水頭和后置水頭，然后讓軟件自動生成地下水位線。后置水頭設置高度為60m，前置水頭高度為51m，在穩(wěn)態(tài)條件下，黑色水位線以上是負孔隙水壓力，水位線以下是正孔隙水壓力。此時沒有降雨等外界的水流入，所以在圖中可以發(fā)現(xiàn)黑色水位線以上的滑床的水流方向由于毛細現(xiàn)象是往上的，當水流到了滑體后又會順勢往下流，到了水位線以下后流出。在水位下下方的滑床同樣由于毛細現(xiàn)象水會被往上吸附。

瞬態(tài)時滲流分析就是在穩(wěn)態(tài)條件下加上降雨的條件，設置降雨邊界條件。在此模型中我設置的是10天中第4天到第7天降雨，降雨量均是0.1m/day。隨著降雨入滲作用的增加，水位線在逐漸上漲明顯有凸起的趨勢，在土壤吸收水分的同時，負孔隙水壓力逐漸消失。假若滑體與滑床飽和時，負孔隙水壓力將消失，水位線升高至模型最頂端。在滑體部分水流方向比起穩(wěn)態(tài)狀態(tài)更加趨近垂直水位線，到達水位線以下后水流方向比起穩(wěn)態(tài)狀態(tài)更趨于水平。

3? Geostudio slope分析

繼續(xù)用seep中使用的模型，填充材料滑床、滑體，并且填寫相應的數(shù)據(jù)。其中滑床（灰色部分）中的重度為26kN/m3，粘聚力為500kPa，內(nèi)摩擦角為40°;滑體（淺灰色部分）的重度為19.5kN/m3，粘聚力24kPa，內(nèi)摩擦角為20°。填充模型如圖4。

因連續(xù)強降雨，所以在這四天中每一天的穩(wěn)定性系數(shù)都會在不斷的變化。第四天穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.949，并且水位線相比穩(wěn)態(tài)情況下明顯凸起，滑坡面仍然是圓弧滑動面;第五天穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.944，相比第四天水位線繼續(xù)在凸起，滑坡面仍然是圓弧滑動面;第六天穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.943，水位線繼續(xù)凸起，滑動面略微變大，還是圓弧滑動面;第七天穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.942，水位線沒有明顯變化，滑動面也沒有明顯變化。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)分析，由于降雨的原因，邊坡得穩(wěn)定性系數(shù)越來越小，邊坡也越來越不穩(wěn)定，水位線也因為降雨的原因在上漲。雖然降雨的停止，但水的滲流作用仍在繼續(xù)，水位線會有明顯的變化，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)也在發(fā)生變化。第八天穩(wěn)定性系數(shù)為0.942，并且水位線相比降雨時有明顯下降的趨勢，滑坡面為圓弧滑動面;第九天穩(wěn)定性系數(shù)為0.944，水位線漸漸趨于平緩，滑動面并沒有明顯變化，仍然是圓弧滑動面;第十天穩(wěn)定性系數(shù)為0.944，水位線變?yōu)榕c降雨前穩(wěn)態(tài)情況時一樣，滑動面并沒有變化，仍然是圓弧滑動面。

4? 邊坡支護設計

4.1 邊坡支護設計原則

邊坡的穩(wěn)定性與經(jīng)濟兩者之間的權衡是邊坡設計的首要也是最基礎的問題，爭取用邊坡滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求的同時使金錢開銷最小化。邊坡治理常用的措施包括：放緩邊坡，邊坡加固，支撐，加固，預應力錨索（錨）的保護和排水。為了使成本降低成功率提升，方案更合理一般使用兩種或兩種以上的方法配合起來使用。因此，邊坡支護方案的原則是：

①在設計支護方案是一定要以安全為中心，要考慮邊坡的安全同時也要考慮周邊環(huán)境的安全。

②在確定邊坡安全的同時，需要考慮并且設計很多不同的支護方案然后進行預算的分析;優(yōu)化設計方案，盡可能的減少施工過程中的工程量和材料的消耗量，最后使經(jīng)濟的消費降到最低。

③施工的是否可行，是否能夠方便施工人員進行施工這些都是需要考慮在設計的方案中的。

④在設計時應該要方便監(jiān)測。

4.2 理正軟件簡介

邊坡喪失穩(wěn)定性破壞是巖土工程中非常常見的的工程問題之一。一旦發(fā)生破壞對人生安全的威脅和經(jīng)濟的損失都是很可怕的。因此，我們更需要客觀的、正確的評估邊坡穩(wěn)定狀況這個嚴峻的問題。為滿足工程技術人員的需要，編制了“理正邊坡穩(wěn)定分析”軟件。

理正軟件有這些用途：

①為了滿足不同行業(yè)，不同研究方向的需求，軟件具有通用規(guī)章、防御規(guī)范、碾壓土石壩規(guī)范三種標準;

②為了滿足各種土層配置的要求，理正軟件提供三種地層分布模式;勻質地層、傾斜地層、復雜地層;

③邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)、及剩余下滑力都可以理正軟件計算出來。

4.3 理正定量計算

設置墻高為6.5米，并且把坡面線段分為4段數(shù)據(jù)如表3。

設置擋土墻類別為浸水區(qū)域擋土墻。墻后填土類別為多層：第一層填土內(nèi)摩擦角為20°，填土粘聚力為24kPa，填土容重為19.5kN/m3，填土浮重度9.5kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角17.5°;第二層填土內(nèi)摩擦角為37°，填土粘聚力為400kPa，填土容重為20kN/m3，填土浮重度10kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角34.5°。

5? 結論與建議

5.1 結論

①宜興公路邊坡是土質邊坡，威脅過往行人及車輛，如果邊坡破壞那么后果非常嚴重。

②勘查區(qū)域內(nèi)地層分別為：第四系人工回填土、第四系崩坡積物、滑坡堆積物、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組基巖。這些地層的強度低，受雨水侵蝕等因素影響后，邊坡會變得非常不穩(wěn)定，存在較大的安全隱患問題。

③在降雨期間，邊坡內(nèi)水位線上升，地表上將有短暫的流水出現(xiàn)，對邊坡表面產(chǎn)生沖刷，造成一些列不利因素。

④借助Geostudio軟件中的seep進行邊坡的滲流分析與slope邊坡穩(wěn)定性分析，得到在不同工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)小于1，各種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

⑤借助理正軟件進行邊坡支護的設計，根據(jù)數(shù)據(jù)和條件，以及各種配套方案，最終的擋土墻支持的適用條件和優(yōu)點和缺點。

5.2 建議

①地表水、地下水、施工季周邊荷載等這些一系列的邊界條件都有可能改變地質條件，所以一定要對這些可變的因素進行長期的勘測觀察。②在邊坡內(nèi)合理地修建排水系統(tǒng)，及時將邊坡內(nèi)的水排除，避免發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

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