某高速公路高邊坡穩定性分析及其治理

李靜

摘要：路塹邊坡穩定性分析是公路勘察設計中的重要環節，隨著國民經濟的飛速發展和對能源需求的日益增大，公路線形控制的的高邊坡也逐年增多，如果邊坡失穩將嚴重危及人民的生命安全和財產損失。本文結合勘察資料以××高速公路K23+305～K23+600段邊坡穩定性分析為主要研究對象，通過邊坡地質結構分析，采用平面滑動穩定性計算方法，對邊坡穩定性進行計算分析，并對其治理措施提出建議。

關鍵字：高邊坡;穩定性分析;平面滑動

一、公路建設對社會發展有著重要的經濟意義與政治意義，在公路工程的建設過程中，不可避免的形成了大量的邊坡工程，其中高邊坡穩定性受復雜的地質環境影響，其穩定性分析、評價及支護設計一直是巖土工程領域的重點課題。邊坡一旦失穩，不僅會造成重大的經濟損失，而且會造成重大的人身傷亡。因此，對研究邊坡巖體的變形破壞的形成機制，穩定評價及工程設計的研究有著重大的現實和經濟意義。

二、邊坡穩定性影響因素分析

（一）巖體結構

巖體結構是影響邊坡穩定性的重要因素，尤其是結構面強度對邊坡穩定性的影響要比巖體本身強度的影響還要大。一般情況下，對于緩傾或者是順層巖質邊坡，結構面的傾角越緩，邊坡的穩定性就越高，而對于巖高邊坡來說，由于其傾角較陡，因此，其穩定性較差。根據實際工程中的經驗可以得出，當邊坡的走向與巖層走向相一致的情況下，邊坡的整個坡面都有臨空自由滑動的危險，在這種情況下，穩定性最差，隨著巖層走向以及邊坡走向的夾角的逐漸增大，邊坡穩定性也呈上升趨勢。而且結構面數量的增加可以直接影響到被切割的巖塊的厚度，因此，其對邊坡的穩定性也有一定的影響。

（二）水的作用

水的作用不僅包括地下水的作用，而且還包括大氣降水，其對邊坡穩定性的影響也較大。大多數的工程實際經驗告訴我們，大多數的邊坡的變形破壞均發生在雨季，尤其是暴雨天氣或者是長時間的降雨都比較容易發生邊坡的變形破壞，水對邊坡穩定性的影響不僅包括物理化學作用，還包括水的力學作用。

（三）人為因素

開挖、堆載、填筑等人為因素同樣會影響邊坡的穩定性。邊坡開挖對邊坡穩定性的影響因素主要為坡高與坡比，坡高越大，坡比越大，邊坡的穩定性越差，邊坡破壞的概率也就越大。開挖的邊坡面可以是凹形、凸形或者是直線形。如果用力學知識進行分析，凹形坡面是最穩定的形態。超過設計深度的開挖對邊坡破壞程度也很大，可能導致上部坡面巖體發生滑動和崩塌。另外，把一些棄土堆置在滑坡體上部，會增加坡體荷載;人為對山坡地表、天然植被及其覆蓋層造成破壞，會滑體風化速度加快，對坡體穩定性不利。

三、工程概況

（一）設計邊坡

××高速公路K23+305～K23+600段高邊坡位于路線右側，擬采用分臺階逐級放坡方式開挖，最終邊坡坡腳長約295m，開挖后形成邊坡最大高差為37.6m左右的人工巖質邊坡。分5級放坡，兩臺階之間高差8m，臺階寬2m，第3級～第5級臺階放坡坡率為1：1，第1級和第2級臺階的放坡坡率為1：0.75，邊坡坡向94°。

（二）地質條件

區域地層巖性主要為奧陶系灰巖，局部覆蓋厚度為0.5-2.0m坡洪積粉質黏土。邊坡巖質較堅硬，巖體較完整，層間結合能力較好，節理裂隙較發育。根據室內物理力學試驗、《工程巖體分級標準》GB50218T-2014中相關強度指標參數，可基本確定灰巖巖層力學及強度參數，見下表1：

根據邊坡工程地質測繪發現，該邊坡山體頂部產狀L為80°∠32°。巖體中主要發育兩組節理裂隙：第一組J1節理裂隙，產狀326°∠56°，一般長3～10m，個別大于10m，間距一般3～5m;第二組J2節理裂隙，產狀63°∠77°，長度一般3～5m，間距一般5～10m，屬硬性結構面。根據巖層結構面和邊坡坡向作右側邊坡赤平投影圖：

根據邊坡赤平投影圖1可知：該坡為順層坡，巖層L傾向與邊坡面傾向相同，但其傾角小于坡角，屬于不穩定結構，對邊坡穩定不利。

工程區地表水系不發育，對坡面、坡腳沖刷影響較小，地下水貧瘠，水文地質條件簡單。

四、邊坡穩定性分析

影響和控制邊坡穩定性的結構面主要有層理面L、節理J1及節理J2，邊坡滑動面的形態可以是平面、圓弧面或其他不規則曲面，根據大量的邊坡失穩分析、調查、監測證明：巖體邊坡常沿順層或軟弱夾層作平面滑動。取AC為假想破壞面，取坡體ABC為研究對象，其受到重力W、摩擦力Ff、及粘聚力Fc等力的作用。

根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013中規定，基巖沿巖層層面平面滑動的邊坡穩定性系數可按公式：FS=R/T

其中抗滑力R=Ff+Fc=W*cosα*tanΦ+C*L;下滑力T=W*sinα

W-為1米長的巖體重量;

α-為下伏基巖的傾斜角;

Φ、C-巖體結構面之間的摩擦角和內聚力;

L-滑動面的長度;

巖層傾角α取32°，根據計算可知，長度1m時V取值1749m?，L取值150m。W=ρ*V*g=2.65*1749*9.8=45421KN/m，ρ取值參考室內物理力學試驗取值。代入計算公式FS =1.37，邊坡較穩定。

五、治理建議

該邊坡屬于順層坡，考慮到邊坡形成后經過長期風化，造成剝落及其它不穩定因素，必須采取相應的治理措施。建議坡頂進行削坡卸載并設置截水溝，坡面可采用框架梁加固、錨桿（索）加固、噴射混凝土護面等處理方式，并且在坡面上設置泄水孔，坡腳采用砌石擋墻支護并設置排水溝。當環境保護和美觀要求較高時，坡面可采用格柵植草綠化，臺階可綠化植樹。

六、 結語：

邊坡穩定性分析是一項復雜的系統工程，順層巖質邊坡是常見的一種邊坡形式，其穩定性分析及加固支擋結構也是設計的難點。本文僅對巖質邊坡用平面滑動法進行邊坡的穩定性分析，為擬定邊坡的加固措施提供可靠的依據。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）

[2]中華人民共和國國家標準《工程巖體分級標準》（GB50218T-2014）

[3]李安洪，順層巖質邊坡穩定性分析與支擋防護設計[M]. 北京：人民交通出版社，2011

[4]黃洪波，層狀巖質邊坡的穩定性分析[D]. 杭州：浙江大學，2003