路基邊坡滑坡風險評估及治理方案研究

于浩楠，周 維

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081）

0 引言

在連續極端天氣的影響下，山西某高速公路路基邊坡發生了失穩，導致一側半幅路基垮塌，引起路面整體沉降，同時面層多處開裂，上行方向交通中斷。經現場勘察檢測，認為該段公路路基將可能演變為滑坡災害，進而破壞公路上方景觀設施，造成更大的經濟損失以及不良的社會影響，須立即采取相關措施進行治理。

關于路基邊坡滑坡風險評估方面已有諸多研究，馮忠居[1]等人分析了堆載對橋梁墩臺基礎的不利影響，評估了已有工程的受損狀態，并給出針對性的糾偏措施；部分科研工作者[2-4]則基于模糊綜合模型分析方案，從不同角度評估了路基邊坡滑坡風險狀況，并給出相應的結論與建議；類似地，也有專家學者[5-6]通過層次分析法分析路基邊坡滑坡風險狀況，各自建立了有關評價體系。

綜上所述可知，在從定量角度的數值仿真分析角度進行的路基邊坡風險評估研究方面還存在一定空白。本文立足于風險評估理論模型，依托路基失穩事件實例，結合現場勘察檢測數據和數學仿真計算，研究路基邊坡滑坡的發生率和安全系數，評估滑坡帶來的財產損失，綜合對比治理后滑坡發生率和經濟效益等因素，優選出最佳的坡面綜合治理方案。

1 道路線形對車輛行駛的影響

1.1 地質分析

本文所述高速公路邊坡失穩發生段落為南北走向，公路西臨溝谷，深度達25 m，所處范圍內地勢西低東高，高程范圍為1269.5～1336.3 m，屬低山丘陵區地貌。公路所處范圍內的地質構造，整體呈現為北向斷裂，屬小規模斷層結構，斷距不超過90 m，平均以15～35 m 為主。公路路基邊坡南北側均可觀察到出漏基巖，產狀是265°∠19°其質屬石灰系泥巖，且侵蝕風化程度較高，強度較低，穩定性不足。

1.2 災害分析

根據現場勘察檢測數據可知，路基邊坡從北向南長350 m，東西向側寬約250 m，邊坡滑體主要滑動方向為SW265°，均厚達11.0 m，下方巖體傾向與主滑方向整體同向。對災害發生時的有關目擊人員進行調查訪問，表明邊坡失穩發生過程始于邊坡上部土體開裂，后續出現整體滑坡災害。

1.3 巖性分析

為判定邊坡滑體滑動面準確深度以及地質分布狀況，研究人員采用鉆孔檢測方案，取ZK1～ZK6 共6處點位，如圖1 所示，其中鉆孔深度在11.8～28.3 m 范圍內，總進尺達124.1 m。分析獲取的邊坡滑體巖體結構分布情況見表1。

表1 試驗段地質勘察情況

圖1 邊坡滑體鉆孔位置示意圖

2 風險評估分析

2.1 理論模型基礎

本文依托路基邊坡風險評估理論模型展開風險評估分析，分為風險分析階段、評估階段及管理階段，如圖2 所示。

圖2 路基邊坡風險評估理論模型

首先開展邊坡滑坡風險分析，內容包括路基邊坡滑坡危險性分析和危害后果分析。之后評估階段主要是將分析階段得到的滑坡風險分析結果與風險容許標準相比對，進而進行風險評價和效益分析，得出風險等級是否處于接受或容忍范圍內。最后的管理階段則須通過一定的方案進行風險調控規劃，治理路基邊坡災害。

2.2 滑坡發生率分析

科研人員判斷認為現場路基邊坡處于臨界狀態，短期內可保持穩定，但在外在環境影響下仍有進一步滑坡的發生率。選取GeoStudio- 2021 數學仿真計算軟件作為研究工具，選擇其中的Monte Carlo 試驗模組進行仿真分析，可通過調整邊坡土體抗剪強度、折減重度等參數來實現風化和降雨狀態模擬。以高斯分布密度函數劃分邊坡土體的重度、內摩擦角以及黏聚力指標。為滿足將各指標置于不同置信區間的穩定性，本文確定了3000 次計算步，同時結合勘測數據，得到滑體土體參數（見表2）。

表2 滑體土體參數表

將各參數輸入數學仿真計算軟件可得到仿真結果，如圖3 所示，路基邊坡平均安全系數為1.04＜1.05，表明路基邊坡滑體處于臨界穩定狀態。P（失效）計算結果為21%，表明路基邊坡土體滑坡的發生率為21%。考慮到該段公路車流量大且為主干道，確定可接受路基邊坡滑坡發生率應不超過5%。

圖3 仿真模擬結果

3 治理方案分析

3.1 治理方案措施

在上文風險評估的基礎上，分別從滑體的上、中、下部三個角度，初步提出對應的三類路基邊坡滑坡治理方案，分別如圖4 至圖6 所示。

圖4 治理方案措施1

圖5 治理方案措施2

圖6 治理方案措施3

3.2 治理效果分析

本文通過反算參數的方法，獲得內摩擦角以及黏聚力c 參數：φ=30°內摩擦角，黏聚力c=20.3 kPa。各治理方案仿真計算得出的路基邊坡平均安全系數和P（失效）結果見表3。其中方案3 的平均安全系數為1.19，低于規范要求的1.25，土體滑坡發生率為6.33%，超過可接受5%閾值。

表3 各治理方案計算結果表

3.3 經濟效益對比分析

將治理方案1 和治理方案2 的工程量、單價和總體費用進行計算，結果見表4、表5。

表4 治理方案1 費用明細表

表5 治理方案2 費用明細表

方案1 總體費用成本2484 萬元，方案2 總體費用成本6101 萬元。從效果上來看，方案2 滑坡發生率低于方案1，平均安全系數略高于方案1，治理效果更佳，但成本投入也同樣遠高于治理方案1。此外，方案2 中涉及到大量圬工，在臨界穩定狀態邊坡土體上施工具有較大風險和難度；而方案1 施工難度較低、工期較短、引起擾動小且成本費用更低，是更為合理的選擇。

3.4 治理效果評價

在采用坡面錨索框架梁支護結合預應力錨索抗滑樁支擋的方案對路基邊坡進行綜合治理后，跟蹤監測抗滑樁頂水平位移數值情況，監測時長為3 個月，其中監測點的布置情況如圖7 所示。可以發現，30 d 之后的樁頂水平位移已趨于穩定，路基邊坡滑坡治理效果良好，如圖8 所示。

圖7 抗滑樁位移監測布點示意圖

圖8 樁頂水平位移變化情況

4 結語

本文結合現場勘察檢測數據和數學仿真計算，研究路基邊坡滑坡的發生率和安全系數，評估滑坡帶來的財產損失，從滑體的上、中、下部三個角度提出對應三類路基邊坡滑坡治理方案，綜合對比治理后滑坡發生率和經濟效益等因素，優選出最佳的坡面綜合治理方案，并對治理后的路基邊坡效果進行評價，得出以下主要結論：

（1）失穩后路基邊坡平均安全系數為1.04，滑體處于臨界穩定狀態，P（失效）計算結果為21%，路基邊坡土體滑坡的發生率為21%；

（2）經過比對，優選出坡面錨索框架梁支護結合預應力錨索抗滑樁支擋的綜合治理方案；

（3）該治理方案施工難度合理、治理效果良好、成本投入可控，30 d 后樁頂水平位移趨于穩定。