淺談賀州某邊坡工程穩定性分析與治理設計

張飆汪旭

(中國建筑材料工業地質勘查中心廣西總隊，廣西 桂林 541002）

隨著社會發展，經濟飛速增長，越來越多的老百姓開始分戶自建房屋，農村宅基地不足，切坡建房的現象日益增加，從而引出諸多邊坡問題，如坡體滑塌、崩塌、滑坡等。邊坡是由人工或自然形成具有一定高差的坡體[2]；坡體內巖土體始終受重力作用，當坡體沿一定的軟弱面，緩慢地整體向下移動或者高速急劇運動，會對邊坡周邊建筑物及設施造成危害。為防止邊坡的危害發生，就需要對邊坡穩定性進行研究評價，處于非穩定狀態的邊坡體需要進行相關措施治理。因此，邊坡的穩定性評價和治理措施的研究始終是學術和工程界的重要課題。

1 傳遞系數法計算原理

最開始的邊坡穩定性研究，主要依靠土力學和條件假設進行破壞理論研究，由于模型不能反映土體本身的變形特征；隨后分析模型開始建立在剛塑性體上進行分析，逐漸發展出了極限平衡理論。潛在滑動帶位于土巖附近，滑床為巖石，形成的滑動面呈折線形。由于傳遞系數法容易使用且精度滿足工程要求[3]，故在工程領域得到廣泛使用，分析計算模型如圖1所示。

圖1 傳遞系數法模型圖

圖1 中，在滑體中選取第i塊土條，土條所受重力Wi，水平力Qi，上部土條塊第i-1塊土條傳來的推力Pi-1，推力方向平行于第i-1塊土條底滑動面向下，第i塊土條傳遞給第i+1塊土條的推力為Pi（剩余推力），其方向平行于第i塊土條底滑動面向下；歸納總結為每一土條分界處的下滑推力平行于上側相鄰土條的底滑動面，下滑推力的作用位置在分界線的中點。將作用力分別投影到其對應的底滑動面上有：

靜力平衡方程有：下滑力Ti-抗滑力Ri-剩余推力Pi=0，即:

則第i塊土塊的剩余推力為：

式中Wi-第i塊土條自重（kN）；

Qi-第i塊土條承受外部水平力（kN），如地震、上層紅黏土水平膨脹等；

φi-第i塊土條滑動面處土體的內摩擦角（°）；

ci-第i塊土條滑動面處土體的黏聚力（kPa）；

ui-第i塊土條底部滲透水壓力（kPa），ui=γwihi；

li-第i塊土條滑動面直線長度（m）；

αi-第i塊土條滑動面的傾角（°）。

其中，某土條剩余下滑力Pi＜0時，取Pi=0；由于土體沒有抗拉強度，所以計算坡體推力時不能累加負值的剩余推力。

通過上述步驟得到坡體的推力數值，就可以對坡體做治理方案設計。接下來通過實際工程案例進行詳細介紹。

2 工程概況

某邊坡段（圖2）寬約61m，總體坡面傾向約280°，高差15.4m～19.1m，坡腳陡峭臨空面高4m～6m，切坡坡度約75°，坡腳有巖面出露。臨空面以上為自然邊坡，坡度約52°。臨空面距現狀房屋約0.8m～1.2m，緩沖區嚴重不足，邊坡表面目前已無任何防護措施，潛在滑體寬約61m，斜長約20m，土層厚度約0.3m～2.5m，平均厚度1.2m，坡體體積約1464m3。邊坡潛在威脅6戶31人。根據《規范》[4-5]確定，邊坡工程的安全等級為三級，防治工程等級為Ⅲ級。

圖2 邊坡現狀平面圖

3 工程地質條件

根據野外調查和區域地質資料，邊坡點附近出露地層由第四系殘坡積層（Q4el+dl）、寒武系水口群上亞群下組（∈sh11）組成。

3.1 第四系殘坡積層（Q 4el+d）l

根據邊坡點開挖邊坡及周邊揭露，第四系殘坡積層為粉質黏土，呈棕褐色，稍濕、可塑～硬塑狀；土體斷面較粗糙，揉捏具砂感，無光澤反應，韌性中等、干強度中等，夾有粉砂巖碎塊，含量約25%。土層厚薄不均，厚度0.3m～2.5m，平均厚度約1.2m，該層基本覆蓋于基巖之上。

3.2 寒武系水口群下亞群下組（∈sh11）

根據邊坡揭露及區域地質資料，場地出露的巖性主要為砂巖，巖層產狀356°∠80°，砂巖按照風化程度的差別可以分為全風化粉砂巖和強風化粉砂巖。

3.2.1 全風化砂巖

土黃色～棕褐色，原巖結構基本被破壞，近似土狀，有砂感，偶然節理裂隙面有鐵質浸染，巖石破碎，硬度低，切坡建房的臨空面上部坡面處有所揭露，并多被小灌木、苔蘚等遮蓋，伏于第四系土層之下，厚度約0.5m～3.0m。

3.2.2 強風化砂巖

土黃色～棕褐色，砂質結構，中厚層構造，部分原巖結構被破壞，主要成分為石英（40%～55%）、長石（20%～35%），含少量云母（5%～8%），節理裂隙主要由泥質膠結填充，巖石節理裂隙發育，節理面有鐵質浸染現象，巖石較破碎，硬度適中，錘擊易碎，可用手掰斷部分巖石。邊坡點兩側坡體中下部有所揭露，屋后臨空面有所揭露，伏于全風化層之下。

由于坡體已出現變形跡象，可根據粉質黏土室內試驗的直剪情況，選取剖面2-2'進行反演計算，通過分析以φ值反算c值更復合實際情況，按《規范》[5]公式進行參數反演計算。參考規范要求和前人的研究成果[6]，天然狀態下坡體處于基本穩定狀態，選取反算的穩定系數取1.14，暴雨狀態下為欠穩定狀態，選取反算的穩定系數取1.02。通過反算結果并結合工程經驗，確定各層巖土體參數見表1。

表1 場地地層物理力學性質指標取值

4 工程水文地質條件及評價

邊坡及周邊地下水主要為松散巖類孔隙水（第四系沖洪積層中的孔隙水）及碎屑巖裂隙水?？紫端饕x存于寒武系水口群上亞群下組（∈sh31）粉砂巖的巖層構造裂隙、風化裂隙中，水量分布不均勻，多具季節性特點，補給源為大氣降水好上部孔隙水下滲補給，以溪流、低洼處為排泄基準面，在地形切割出以散流或泉涌的形式排出，排泄方向自東向西匯入桂江。走訪得知邊坡地下水穩定水位埋深與桂江水面基本齊平，遠低于場地設施底面，地下水位埋藏深，地下水對施工無影響。

由于項目區降雨量較大，斜坡前緣臨空面長時間處于裸露狀態，前緣坡面強風化砂巖受植物根系作用開裂，降水加大裂縫開裂程度；邊坡下部臨空面頂殘積土層、全風化砂巖，遇水易軟化。因此，大氣降水下滲坡體導致土體容重增加的同時使其抗剪強度降低，形成相對軟弱面，坡體在暴雨條件和坡體前緣坡度較陡、臨空條件較好的情況下，易產生失穩滑動、崩塌。

5 邊坡穩定性評價和推力計算

本工程邊坡，取單位米寬坡體，結合邊坡剖面圖采用極限平衡理論的折線型滑動面的傳遞系數法對邊坡進行穩定性評價及剩余下滑力計算。工況Ⅰ：考慮坡體處于天然狀態，荷載為坡體天然自重；工況Ⅱ：暴雨或連續降雨情況，考慮坡體處于飽水狀態，荷載為坡體飽和自重?；麦w分塊原則：本工程滑動面為折線，每兩段折線傾角相差不大時可合并為一條折線，同時參照地面建筑物、擬建建筑物的位置進行劃分。穩定性系數和剩余推力見表2。

表2 各剖面穩定性評價及剩余推力

通過對邊坡采用折線滑動計算可看出，該坡體在暴雨狀態下仍處于穩定～欠穩定狀態；現狀坡體后緣土體松散，坡頂以上茶園有耕種擾動，坡體前緣因切坡形成的陡坎臨空面未做防護，在降雨以及人工活動等因素作用下，坡體易發生滑動。

6 防治措施設計

由于邊坡坡體本身穩定狀態良好，根據前文得知剩余推力較小，且場地空間較充足，可考慮采用柔性支護結構，本工程坡面采用錨桿格構梁、坡腳臨空面采用掛網錨噴混凝土作為主要受力結構進行支護治理。錨桿格構梁和掛網錨噴混凝土的工藝技術成熟且施工快捷，安全可靠；相對于抗滑樁、擋墻等剛性支護結構，當出現大的坡體變形，錨桿格構梁和掛網錨噴砼仍有防止坡體失穩的能力，同時有明顯的變形特征，起到預警作用。坡面格構梁的梁格內可種草復綠，植物根系還能加強表層土體的整體性能，是一種較為生態的治理措施，見圖3。

圖3 設計治理圖

通過上述設計，再輔以排水系統、綠化工程、監測工程，力求該邊坡做到生態治理，環保治理，保護群眾人身、財產安全的同時還保護自然環境。

7 結語

回顧本項目，在邊坡工程中，需根據地質勘查結果選擇合理的滑面形狀進行穩定性分析計算，結合場地情況、施工條件等因素進行工程設計，建議在空間條件滿足的情況下，優先選擇柔性支護結構，生態的治理措施，加以工程監測，最大限度減小不利因素的危害，進一步保證坡腳住戶安全。本文為邊坡穩定性分析及治理措施的應用提供了實踐經驗及參考依據。