义乌至武义公路（武义段）K25+198边坡稳定分析计算

郭 伟

（浙江省交通工程建设集团有限公司设计分公司，浙江杭州 310051)

1 工程概况

义乌至武义公路武义段线路全长6.80 km，一级公路，起讫里程为K22+600～K29+400，设计速度60 km/h，路基宽24.5 m。该边坡位于拟建项目K25+170～K25+260段，地处武义县沈家村西侧。根据现场工程地质调绘及钻探资料分析，线路穿越山体山腰部位，自然地形坡度约25～35°，坡顶上部植被密集，以松树为主，下部植被较发育，以毛草及灌木为主。残坡积覆盖层厚度变化大，岩石分化深度不一，稳定性较差。

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

边坡属浙西南低山丘陵地貌，区内最高高程约273.3 m，最低高程约153.6m，相对切割深度约119.7 m，山体坡度大多为25～35°，上部分布厚层残坡积及崩坡积堆积物，厚度约15.3～28.2 m，顶上部、下部植被较发育。地层岩性为上侏罗统西山头组（J3x）的火山碎屑堆积的凝灰岩。

2.2 气象、水文

区内雨水充沛，降雨变幅较大。7-8月份受台风影响，常形成强暴雨过程，极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害的突发现象。

区内支流多呈树枝状，河床窄，水位浅，水流急属山涧型河流，受季节性雨量控制明显，洪水期间水位暴涨，流量大，流速快，携带大量砂砾，具有较强的冲刷力。K25+260处分布一冲沟，勘察期间未发现河、溪等地表径流。

2.3 区域地质

2.3.1 断层

根据工程地质调查和钻探发现边坡区范围内发育挤压型构造破碎带F。根据钻探BK2和HK1揭露破碎带视厚度约15.6～26.4 m。根据开挖面揭露情况，该破碎带大致产状为：130°∠74°，受构造破碎带影响，两侧岩体破碎，蚀变强烈，风化程度明显加深，岩体完整性差。

2.3.2 构造稳定性分析

根据现场实测岩石节理资料，主要为：节理②产状：70°∠ 54°，5～10条 /m，节理密集，顺坡节理，微张状；节理③产状：10°∠79°，2～3条 /m，延伸较长，节理面铁锰质渲染；节理④产状：75°∠88°，1～2条/m；节理⑤产状：136°∠47°，3～4条/m，延伸长；节理⑥产状：38°∠ 74°，3～5条 /m，延伸短；节理⑦产状：183°∠ 62°，3～4条 /m，面平直。根据现地形坡度，由赤平投影图分析可得：断层①与线路小角度相交，影响范围较大;节理②为顺坡节理，倾向与坡向相近，为顺坡节理，且倾角较缓，边坡开挖可能产生沿节理面滑塌或坍塌；受节理③与节理⑦、节理⑥与节理⑦组合影响易产生锲形体破坏。

图1为赤平投影图。

2.4 各工程地质(亚)层划分及评述

根据工程地质测绘和调查、工程钻探揭露及室内土工试验结果，将场地勘探深度以浅岩土体按其成因时代、埋藏分布规律、岩性特征及基物理力学性质，划分为2个工程地质层，现自上而下分述如下：

③1层含碎石粉质粘土：灰黄，可塑，饱和，含少量碎石。该层为边坡的表层堆积物，揭露层厚1.2～2.8 m。

图1 赤平投影图

构造破碎带F：灰黄色，灰色，密实，属挤压构造，根据钻探视厚度厚15.6～26.4 m，岩石风化蚀变强烈，呈全～强风化状，呈散体～碎裂状，宽度约50 m。

④2层强风化凝灰岩：紫褐色，灰黄色，凝灰质结构，碎块状构造，受构造破碎带影响，节理裂隙很发育，蚀变风化强烈岩芯呈碎块状，节理裂隙发育，裂隙面铁锰质渲染。岩芯呈泥状、块状、柱状等。厚度变化大，破碎带两侧岩体受影响，风化程度厚度明显较深。

④3层中风化凝灰岩：紫褐，灰，青灰，岩芯呈碎块～短柱状，凝灰结构，块状构造，裂隙较～发育，节理面少量铁锰质渲染，局部充填白色方解石细脉。

④大层为边坡区下伏基岩，未揭穿。

2.5 地震及区域稳定性

工作区内地震动参数峰值加速度分区为小于0.05 g区，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度区，区域稳定性较好。

边坡属低山丘陵区，场地土属Ⅰ～Ⅱ类场地土，为坚硬～中硬土，属抗震有利地段。

3 稳定性计算与评价

3.1 边坡现状

现状边坡已开挖成一个二级台阶，自上而下台阶宽度约23.5 m、8.0 m，上部台阶已接近设计标高，线路右侧为一级放坡，边坡坡率为1∶0.5左右，坡面未防护。右侧坡面揭露主要为残坡积含碎石粉质黏土和构造破碎带及影响带，岩体呈散体～碎裂状结构，节理裂隙很发育，部分裂隙面有地下水渗出。

边坡于2013年5月开挖，经历夏季多个台风形成的强降雨至现状未曾改变。2013年10月17日，坡顶地表、坡面未发现裂缝、坡脚未见鼓出等滑动破坏痕迹，边坡处于基本稳定状态。

3.2 参数取值

根据勘探成果和经验，地表为第四系残坡积碎石土，碎石、块石含量不均，原状土样采取极其困难，下部滑动带位置岩体破碎，采取柱状岩样较困难，地层抗剪强度参数采用实验、经验数据类比与反演相结合的办法确定（见表1）。

表1 地层抗剪强度参数表

3.3 采用传递系数法计算边坡稳定性

根据K25+198剖面，按最不利假定该边坡可能产生整体性滑动破坏，假定一个滑动面，采用传递系数法折线形计算滑面稳定系数（K）（公式引自《工程地质手册》），计算滑动带剪出位置为开挖边坡坡脚，计算滑坡体的稳定系数（公式（1））及剩余推力（公式（2））。

3.3.1 稳定系数计算公式

式中：Wi——第i条块的重量，kN/m，

i——第i条块滑面倾角，（°）；

φi——第i条块内摩擦角，（°）；

Ci——第i条块内聚力，kPa；

Li——第i条块滑面长度，m；

j——第i-1块段的剩余下滑力传递至第i块段时的传递系数（j=i），即 ψj=

3.3.2 剩余推力计算公式

式中：Ks——安全系数，取1.20和1.25分别计算；

其余符号意义同稳定系数计算公式。

图2为假定最不利滑动面示意图，图3为K25+198段边坡稳定性验算条块划分简图，表2为采用传递系数法稳定性验算结果一览表。

图2 假定最不利滑动面示意图

图3 K25+198段边坡稳定性验算条块划分简图

3.4 采用简化BISHOP圆弧计算边坡稳定性

在前面调查和分析的基础上，采用简化Bishop法计算滑坡的稳定性，计算时采用圆弧自动搜索，合理确定潜在滑面位置，参数取值见表1所列。

根据边坡现状计算，结果表明边坡现状整体稳定性较好，如图4所示，最小安全系数Fs=1.07，最不利滑动面出现在上部现状开挖陡坡，表现为坡面小型崩塌、滑塌，说明浅部残坡积含碎石粉质粘土在临空面出现后长时间自稳能力差。

现状边坡如图5所示，按K25+198断面，建议右侧边坡分四级放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25，最上一级一坡到顶，自下而上，第一、二级高约8 m，第三级高约12 m，每级间设置碎落台，碎落台宽度4～5 m。按圆弧计算表明开挖后边坡稳定性系数不满足要求，最小安全系数Fs=1.07（见图6），最不利滑动面上部出现边坡顶部，在边坡坡脚处剪出，贯穿整个边坡，在不利条件易出现整体性滑动破坏，需要采取整体加固措施。

按K25+198断面，建议右侧边坡分七级放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七级一坡到顶，第一、二级高约8 m，其余高约10 m，每级间设置碎落台，碎落台宽度4～5 m。按圆弧计算表明开挖后边坡稳定性系数基本满足要求，最小安全系数Fs=1.22，最不利滑动面上部出现边坡顶部，在边坡坡脚处剪出，贯穿整个边坡（见图7）。对该边坡需要加强边坡体内排水措施，考虑到暴雨情况下边坡稳定性不能满足要求，需要对该边坡采取加固措施。

3.5 边坡稳定性评价

边坡上部残坡积含碎石粉质黏土，层厚约1.20～2.80 m，自稳能力差；构造破碎带，呈散体～碎裂状，挤压痕迹明显，分化蚀变强烈，视厚度15.6～26.4 m，自稳能力较差；强风化凝灰岩，灰黄色，灰色，凝灰质结构，碎块状构造，节理裂隙很发育，裂隙张开状为主，裂隙泥质充填，裂隙宽度0.5～15 cm不等，岩体呈碎裂结构，自稳能力较差；中风化凝灰岩，紫褐～青灰，风化裂隙较～不发育，呈巨块状构造，岩芯呈中柱状，部分晶屑凝灰岩，部分为沉凝灰岩，为次坚石，自稳能力较好。

根据K25+198剖面稳定性验算结果分析：现今状态下，边坡整体性稳定系数大于1.0，处于基本稳定状态，与现状基本吻合。

根据现场调查及计算分析，随开挖临空面增加和暴露时间加长受降雨等不利影响，已开挖陡坡可能发生局部滑塌等地质灾害。

表2 采用传递系数法稳定性验算结果一览表

图4 现状边坡稳定性计算图示

图5 现状边坡实景

图6 四级开挖稳定性计算图示

图7 七级开挖稳定性计算图示

4 结论

（1）通过补充勘察，基本查明了边坡岩土体的分布情况、桥梁桩基持力层分布情况，分析了边坡工程地质特征，对边坡稳定性进行调查分析，因此该报告可作为治理边坡的地质依据。

（2）该边坡为安全等级二级。

（3）工作区内地震动参数峰值加速度分区为小于0.05 g区，区域稳定性较好。边坡属低山丘陵区，判定场地土属Ⅰ～Ⅱ类场地土，为坚硬～中硬土，属抗震有利地段。

（4）该边坡目前基本稳定，但随开挖临空面增加和暴露时间加长受降雨等不利影响，可能发生局部滑塌等地质灾害。

（5）根据施工图工程地质勘察报告地下水对混凝土结构及混凝土结构中钢筋具微侵腐蚀性。

（6）根据K25+198断面建议右侧边坡分七级放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七级一坡到顶，第一、二级高约8 m，其余高约10 m，每级间设置碎落台，碎落台宽度4～5 m。；自上而下分级开挖，及时防护，并做好坡顶和坡面防排水措施。

（7）边坡岩体受构造影响，岩体破碎，构造破碎带及其影响带岩石风化蚀变强烈，节理裂隙很发育，呈散体～碎裂结构，建议加强坡面加固措施，采用锚索+框格。

（8）施工时设置监控量测点，定时定员检测边坡稳定状况。

（9）位于断层范围内桥梁桩基穿过断层破碎带，桩端进入下部完整中风化基岩中。

（10）桩基施工时建议采用机械成孔，减少扰动。

[1]JTG C20-2011，公路工程地质勘察规范[S].

[2]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].

[3]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[4]GB50011-2008，建筑抗震设计规范[S].

[5]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[6]GB18306-2001，中国地震动参数区划图[S].

[7]JTJ 004-89，公路工程抗震设计规范[S].