緩傾軟弱夾層對順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響

嚴子元

（中鐵十八局集團 建筑安裝工程有限公司，天津 300308）

由于地形地貌的限制，廣西山區(qū)高速公路建設(shè)不可避免地會遇到高陡路塹邊坡。而邊坡的穩(wěn)定性特別是順層邊坡的穩(wěn)定性一直是山區(qū)高速公路建設(shè)者最為關(guān)注的問題之一。目前國內(nèi)外學(xué)者對于順層巖 質(zhì)邊坡的破壞機理［1-4］、防治措施［5-6］和監(jiān)測手段［7］等已經(jīng)有了深入的研究，并取得了豐碩的成果，但對于緩傾軟弱夾層的順層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析涉及較少，為此，本文以廣西六賓高速K23+350～K23+550右側(cè)挖方邊坡為例，開展緩傾軟弱夾層對順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響研究。

1 工程概況

桂林至欽州港公路南寧六景至賓陽段（以下簡稱六賓高速公路）起于六景西樞紐互通，經(jīng)青秀區(qū)伶俐鎮(zhèn)、賓陽縣陳平鎮(zhèn)和賓州鎮(zhèn)，終于賓陽縣南面田糧村附近。建設(shè)總里程為45.62 km，按照雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度為120 km/h。

K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡，全長為200 m，邊坡最大高度約為20 m、邊坡坡率為1∶0.3～1∶0.5，該處邊坡為順層巖質(zhì)邊坡，左側(cè)邊坡基底存在軟弱夾層。場地區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬背斜構(gòu)造的東翼。場地及周邊未發(fā)現(xiàn)大的斷層、斷裂等不良地質(zhì)構(gòu)造，通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造中存在局部小斷裂，下伏地層為三疊系下統(tǒng)安順組（T1a）厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀為40°∠6°。

施工時需要在K23+350～K23+550 段右側(cè)邊坡坡口線后退15 m 后修筑漿砌片石擋墻，墻后設(shè)立棄渣場，漿砌片石擋土墻寬約為2 m、高約為2～8 m、長約為120 m。棄渣體最大填土高度約為20 m，棄渣體主要成分為碎石和粉質(zhì)黏土。

軟弱夾層傾角約為5°，土質(zhì)為硬塑黏土，局部底面間有原灰綠色泥巖強風(fēng)化軟化層。該軟弱夾層為白云巖層間夾層泥巖風(fēng)化而成的殘積黏土層，局部為泥巖全風(fēng)化層，殘積黏土層干燥狀態(tài)為硬塑狀，遇水浸泡極易軟化。

K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡斷面圖如圖1所示，巖土體力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)

圖1 K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡斷面圖

2 邊坡穩(wěn)定性分析

對于該段邊坡的穩(wěn)定性分析，本文主要采用數(shù)值模擬的方法開展研究。

1）模擬思路

考慮到邊坡堆載會在一定程度上改變邊坡的受力模式及穩(wěn)定性，為準確掌握邊坡堆載對坡體穩(wěn)定性的影響程度，采用FLAC3D 軟件對該邊坡進行數(shù)值模擬分析和堆載后邊坡的穩(wěn)定性評價。首先基于圖1 分析斷面情況，并建立相應(yīng)的數(shù)值分析模型（圖2），結(jié)合邊坡實際情況進行網(wǎng)格劃分。該段邊坡模型長為60 m、寬為10 m、高為20 m，共計25 478 個單元網(wǎng)格。模擬時通過調(diào)整軟弱結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，按照邊坡處于最不利狀態(tài)，反算出邊坡的變形趨勢，從而獲得邊坡的破壞模式，對邊坡的整體穩(wěn)定性進行分析并進行穩(wěn)定性系數(shù)計算。

圖2 K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡數(shù)值分析模型

2）模擬計算基本步驟

第一步：代入?yún)?shù)進行試算模擬，獲取邊坡原始為穩(wěn)定狀態(tài)獲時的基本變形參數(shù)。

第二步：在基本變形參數(shù)的基礎(chǔ)上，將原變形參數(shù)清零，進行相應(yīng)的堆載施加，將模擬加載過程結(jié)束時邊坡的變形狀態(tài)作為軟弱夾層分析的基準參數(shù)。

第三步：在加載完成的基礎(chǔ)上，將變形參數(shù)清零，得到軟弱夾層最不利狀態(tài)下的基準參數(shù)。在將主要參數(shù)值降低至原值的1/5、1/10 情況下，獲取邊坡沿軟弱層面滑動的可能性的預(yù)測參數(shù)。

3）穩(wěn)定性分析結(jié)果

圖3 為邊坡自然狀態(tài)穩(wěn)定的初態(tài)變形云圖，云圖狀態(tài)為棄渣堆載前的邊坡自然穩(wěn)定狀態(tài)。圖4 為棄渣堆載完畢后的邊坡位移變形云圖，從圖4 可知，邊坡加載完畢后，棄渣體部分邊坡的變形比較大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而此時軟弱結(jié)構(gòu)面處的位移相對較小，僅為2.6 mm（圖5），由圖5 知，軟弱結(jié)構(gòu)面對邊坡整體穩(wěn)定性影響較小，棄渣堆載完畢后邊坡不穩(wěn)定部位為棄渣堆載部分，軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定性影響較小。

圖3 棄渣堆載前自然狀態(tài)下邊坡位移變形云圖

圖4 棄渣堆載完畢后的邊坡位移變形云圖

圖5 棄渣堆載完畢后軟弱夾層處邊坡位移變形云圖

3 堆載體的穩(wěn)定性分析

對棄渣體部分采用理正軟件進行穩(wěn)定性分析計算。棄渣體的斷面示意圖如圖6 所示。

圖6 棄渣體斷面示意圖

1）棄渣體失穩(wěn)模式分析

棄渣體堆積后形成新的人工堆積坡體，改變了原始地形形態(tài)。棄渣體的不穩(wěn)定的風(fēng)險為堆積體坡面的穩(wěn)定性。

2）穩(wěn)定性分析斷面選取

根據(jù)棄渣體失穩(wěn)模式分析，棄渣體的失穩(wěn)模式為棄渣體內(nèi)部不利滑面產(chǎn)生滑動和堆積體坡面失穩(wěn)。通過現(xiàn)場調(diào)查和分析，整個場地內(nèi)土質(zhì)分布較均勻，坡面的穩(wěn)定性主要取決于坡高和坡度。棄渣體內(nèi)部不利滑面主要受原始地面的坡度、形狀和棄渣體的土體強度控制。

在作穩(wěn)定性分析時，采用自動搜索對棄渣體內(nèi)部不利滑面進行選取。

3）巖土體力學(xué)參數(shù)選擇

根據(jù)工程經(jīng)驗與類比法，巖土體的力學(xué)參數(shù)取值見表2，暴雨工況下的力學(xué)參數(shù)按正常工況下力學(xué)參數(shù)進行0.8 系數(shù)折減。

表2 棄渣體穩(wěn)定系分析參數(shù)取值

4）棄渣體穩(wěn)定性分析

根據(jù)棄渣體穩(wěn)定性斷面和巖土體力學(xué)參數(shù)的選取，對棄渣體部分采用理正軟件進行穩(wěn)定性計算，滑裂面選用圓弧滑動，采用簡化Bishop 法進行分析。由于本項目所處場地地震基本烈度為Ⅵ度，故只需進行正常工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果見表3。

表3 棄渣體穩(wěn)定安全系數(shù)表

由表3 知，棄渣體的穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，邊坡局部欠穩(wěn)定。

4 結(jié)論

以廣西六賓高速K23+350～K23+550 右側(cè)挖方邊坡為例，開展緩傾軟弱夾層對順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響研究，得到以下結(jié)論。

1）在假定邊坡巖土力學(xué)參數(shù)處于最不利狀態(tài)下，棄渣體部分邊坡的變形比較大，棄渣體部分邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此時軟弱結(jié)構(gòu)面處的位移相對較小，軟弱結(jié)構(gòu)面對邊坡整體穩(wěn)定性影響較小，含緩傾軟弱夾層的巖質(zhì)順層邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）堆載體部分在暴雨工況下安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，堆載體局部處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。