某路塹邊坡穩定性計算及位移監測分析

雷越 左得奇

【摘 要】?邊坡的滑塌會造成嚴重財產損失和人員傷亡，為了保證邊坡工程的安全施工和施工完成后的穩定性，必須對邊坡進行穩定性分析與評價。文章分別運用極限平衡法和強度折減法計算洛寧西站路塹高邊坡的安全系數，對比分析滑坡體的 穩定性。采用Slide軟件和FLAC3D作為計算工具，建立路塹邊坡的計算模型，運用瑞典法和強度折減法對其安全系數進行計算，并且根據現場實際監測位移數據對其穩定性進行評價。研究結果表明：極限平衡法和強度折減法的邊坡穩定性計算分析上結果一致，該滑坡體整體穩定性較差，可能產生滑動破壞。

【關鍵詞】穩定分析; 極限平衡法; 強度折減法; FLAC3D; 位移監測

極限平衡法[1]是現階段最常用的定量分析方法，主要是基于摩爾-庫倫強度準則，對作用于邊坡上的力達到平衡狀態時的邊坡穩定性情況進行分析進而求出邊坡的穩定性系數。數值分析方法諸如有限單元法，快速拉格朗日法，離散單元法等由于其優越性，逐漸成為現在邊坡穩定分析的主流。許多學者對邊坡的穩定性研究做過大量的工作，如黃波[2]采用FLAC3D有限差分軟件對邊坡進行穩定性計算，研究了邊坡在未支護情況下如何確定最危險滑動面;張勁松[3]等采用極限平衡法對典型斷面進行穩定性分析等。由于邊坡工程的復雜性，現在很難找到一個統一的理論對邊坡的穩定性作出準確的評價，極限平衡法和數值分析法相結合用于評價邊坡的穩定性被大多數的研究人員所認可，本文擬采用Slide極限平衡分析軟件和FLAC3D有限差分軟件對邊坡穩定性進行分析，求出邊坡的安全系數，并結合現場監測數據分析邊坡的穩定性，以其為以后類似工程提供借鑒。

1 工程地質概況

1.1 邊坡工程概況

研究區邊坡位于河南省洛陽市洛寧縣洛寧西站附近，車站附近線路跨越S323省道通過，路寬約8.5 m，交通較便利。車站區屬低山區地貌，地勢起伏較大，自然坡度15～40°，地面標高范圍為640～764 m，相對高差30～100 m。坡頂及山坡為第四系厚層黃土覆蓋，自然邊坡較穩定，山坡被辟為農田，種植煙草的經濟作物。坡腳處河谷偶見基巖出露。

1.2 氣象條件

車站區屬暖溫帶大陸性半濕潤季風型氣候，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫12.6 ℃左右，氣候具有南北過渡的特點，屬于豫西山地溫涼濕潤區，地勢較高，氣候溫涼。年平均氣溫12.6 ℃左右，最高氣溫42.1 ℃，最低氣溫-19.1 ℃;歷年平均降水量647.8 mm，年最大降水量為1 011.7 mm（1958年），降水主要集中在7～9三個月。

1.3 區域地質條件

根據勘察揭示，車站段下覆巖土層按其成因分類主要有：第四系上更新統（Q3eol）風積層，第四系下更新統（Q1eol）風積層，下第三系大峪組（E3d）角礫巖，震旦系下統管道口群龍家園組下段（Z1lj1）白云巖。

1.3.1 第四系上更新統（Q3eol）風積層

①19-2黏質黃土為褐黃色，可塑，含鈣質結核，角礫含量約占5 %，粒徑2～10 mm，呈棱角狀，表層0.5 m含少量植物根系，層厚16.8～18.7 m，層面標高667.7～674.52 m。

①19-3黏質黃土為褐黃色，硬塑，土質不均勻，局部夾鈣質結核，其中7.8～8.7 m夾少量角礫，約占10 %，粒徑2～30 mm，呈棱角狀，層厚約2.40～20.00 m，層面標高659.62～722.67 m。

1.3.2 第四系下更新統（Q1eol）風積層

①21-2黏質黃土為褐黃色，可塑，土質不均勻，局部夾鈣質結核，夾少量角礫，約占10 %，粒徑2～30 mm，呈棱角狀.，層厚約2.00～20.60 m，層面標高662.21～702.67 m。

①21-3黏質黃土為褐黃、褐紅色，硬塑，土質不均勻，局部夾鈣質結核，礫含量約占5 %，粒徑2～7 cm，呈棱角狀，層厚約2.20～34.60 m，層面標高654.62～701.72 m。

①21-4黏質黃土為褐黃色，堅硬，土質不均勻，局部夾鈣質結核，礫含量約占5 %，粒徑2～40 mm，呈棱角狀，層厚約5.50～45.20 m，層面標高703.02～707.22 m。

1.3.3 下第三系大峪組（E3d）

③8-1砂礫巖為灰褐色，全風化，原巖結構構造已完全破壞，巖芯風化呈土狀夾角礫狀。層厚約1.00～1.1 m，主要分布于與路基銜接的橋址區，分布深度差異較大。

③8-2砂礫巖為雜色，強風化，巖體風化強烈，巖芯呈角礫狀，粒徑2～45 mm，層厚約1.20～11.0 m，層面標高647.41～666.91 m。

③8-3砂礫巖為雜色，弱風化，礫狀結構，薄層狀構造，泥質膠結，巖芯呈短柱狀、柱狀，少量塊狀，層厚1.0～3.30 m，層面標高659.41～663.91 m。

1.3.4 震旦系下統管道口群龍家園組下段（Z1lj1）

⑨1-2白云巖呈灰白色夾青灰色，強風化，巖體風化強烈，巖芯呈角礫狀、碎塊狀，層厚0.70～19.80 m，層面標高665.28～689.63 m，線巖溶率為0.071。

邊坡原始橫斷面如圖1所示。

2 邊坡穩定性計算分析

2.1 極限平衡法

2.1.1 計算原理

極限平衡法根據邊坡滑體垂直條分的力學平衡原理來判斷邊坡在各種狀態下的受力破壞情況，其基本假定是將滑動面以上土體視為剛體，在分析其受力和變形過程中，忽略其內部變形;滑動土體處于極限強度狀態，即在發生破壞時，滑動面上點的抗剪強度完全發揮;產生破壞時，滑體在所受各種力的作用下處于靜態平衡狀態。

極限平衡法包括瑞典法、畢肖普法、塞賓斯法等等，對于土質邊坡，常用瑞典法進行計算，瑞典法示意如圖2所示。

2.2.3 計算結果分析

本次計算得剪切應變增量如圖5所示。圖中顯示邊坡剪應變增量數值較大，剪應變集中帶已經貫通，剪切帶已經形成。同時根據模擬結果可以看出邊坡穩定安全系數為1.160，這與采用極限平衡法（Slide軟件）所求出的安全系數（為1.082）基本一致，邊坡穩定性較為不穩定。

3 邊坡位移監測

3.1 監測內容

斷面DK718+880左側路塹邊坡位于黃土深路塹段。如圖6所示，在距其左線左側197.338 m、192.104 m、187.272 m、181.273 m、168.295 m、155.160 m、142.751 m、129.033 m和12.007 m共9個位置的路塹坡面上分別布置監測點。

該路塹邊坡于2015年12月15日開挖完成， 2016年3月陸續開始監測，2018年2月22日結束監測。

3.2 監測結果分析

各監測點位移隨時間變化情況如圖7所示（圖中X方向位移為水平位移，負值表示其遠離臨空面;Y方向位移為鉛垂位移，負值表示其豎直向上）。

從圖7可知斷面DK718+880處位移計于2016年3月11日開始觀測，3月30日前開挖時邊坡變形較大，月變化量為3～15 mm;而后位移逐步穩定，監測點水平位移在遠離臨空面和靠近臨空面間波動，豎向位移在上下波動。7月中旬開始各個監測點變形突然增大，到8月中旬月變化量約15～18 mm，斷面DK718+880邊坡可能發生滑塌。9月初開始邊坡位移逐漸穩定，變形浮動范圍較小，至2018年5月中旬變形趨平緩。

4 結論

（1）基于FLAC3D強度折減法以及極限平衡法（Slide軟件）對邊坡進行穩定安全系數的計算可知：FLAC3D計算出的安全系數為1.160，極限平衡法計算出的安全系數為1.082，兩者計算結果大致相同。

（2）通過邊坡位移監測數據可知邊坡開挖后位移呈現先增大后穩定而后再增大的趨勢，位移變形量較大，可能產生滑移。

參考文獻

[1] 陳祖煜.土質邊坡穩定分析：原理·方法·程序Soil slope stability analysis：theory methods and programs[M]. 成都：中國水利水電出版社. 2003：156-159.

[2] 黃波，李佳.基于FLAC3D錨桿加固邊坡機理的研究[J].結構工程師，2016，32（6）：140-147.

[3] 張勁松，崔向雷，李賢.麻昭高速公路順層巖質邊坡變形機制分析及治理措施研究[J].公路交通科技：應用技術版，2019（2）：109-111.

[4] 范春青.基于強度折減法的高邊坡穩定性分析與設計[J].地下空間與工程學報，2009，5（6）：1253-1257.

[5] 彭文斌.FLAC3D實用教程[M].北京： 機械工業出版社，2020：163-167.

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