基于Bishop法的边坡稳定性分析

姚艳领

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)



基于Bishop法的边坡稳定性分析

姚艳领

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

利用Bishop法计算出在不同工况条件下该路段的边坡稳定性情况；依据区域内的经验数据，并采取数据的反演方法得出bishop法的基础数据，在确定了内摩察角c和粘聚力时，采用bishop法搜索最不利滑动面，并在此基础定量评价滑坡的稳定性程度，为治理措施的选择提供了针对性较强的量化依据。

Bishop法；边坡；稳定性；治理

在当今岩土工程领域，边坡稳定性问题一直是一个活跃的研究课题，这是因为边坡滑坡是岩土工程中主要的地质灾害之一，往往给人民的生命和财产造成巨大的损失。极限平衡分析法是目前评价边坡稳定性的主要方法，是一种基于平衡理论的数学模型计算分析方法[1-4]。

1 工区概况

由于受到当地降雨以及重车长期反复的作用，攀枝花市米易县盐米路K120+300(草场乡)处路段发生路基沉陷以及路堤边坡失稳的情况，近25 m道路路基出现沉降变形，道路外侧的边坡也出现了多处裂缝和变形位移的趋势。如果任由其继续发展，将对当地居民的生产生活以及盐米路的安全造成严重的影响。

根据钻探揭露和地表调查，场地地层划分为3个地层单元：第四系全新统素填土(Q4ml)；第四系路堤边坡堆积层(Qdel)；三叠系大荞地组砂岩(T3d)。

场地在区域构造上处于川滇南北向构造带中段西侧，区内构造相对复杂，褶皱、断裂较发育，以南北向构造为主。拟建场地主要受南北构造断裂带影响，根据攀西地区区域地壳稳定性分析可知，拟建场地位于基本稳定区内。地壳属基本稳定区，场地附近未发生过7级以上的地震。

路堤边坡区属热带干热河谷立体气候。全年干雨季节分明而四季不分明，河谷全年无冬，夏季长达5个多月。多年年均降雨量1 112.6 mm，年均出现冬春少雨干旱，夏秋多雨现象，常有洪涝灾害发生。

2 路堤边坡形成机制分析

路堤边坡区前缘呈陡坎状，后缘为斜坡地形，为路堤边坡的产生提供了下滑空间，有利于路堤边坡形成和发展。路堤边坡区内覆盖层主要为回填碎石土及粉质粘土。表层分布的碎石土为路基回填，压实不足，透水性较好；下层分布的粉质粘土层具有透水性较弱，结构极不均匀，属膨胀性土，粘性土含水量变化大，粘土质重。粉质粘土层具有遇水后易软化、失水易崩解的工程特性，其中的粘土矿物多为高岭土，易产生光滑面，为路堤边坡的产生提供了物质条件。下伏砂岩层理呈顺坡向，该岩层呈全—强风化状，薄层状构造，与上覆粉质粘土层接触面易形成光滑面。因路堤边坡区处于丰水地区，导致降雨会加剧路堤边坡体裂缝及滑面的形成，从而导致路堤边坡的产生。

3 路堤边坡稳定性计算评价

根据路堤边坡发生的地质背景和形成机制，目前未治理时，由于路堤边坡局部滑动过，坡体表层出现大量的拉裂缝，提高了路堤边坡土体的透水性，使路堤边坡体相对于滑床而言成为富含水体。在暴雨、持续降雨或加工况下，路堤斜(边)坡的变形破坏模式为圆弧形。就目前状态而言，在水下渗作用下，造成路堤边坡体大量充水使其稳定性降低是路堤边坡体产生再次滑动或失稳的主要诱发因素，其次地震作用也是诱发路堤边坡再次滑动的重要因素。因此稳定性计算分以下3种工况：目前状态(工况Ⅰ)；天然状态+7度地震(工况Ⅱ)；暴雨情况下，按路堤边坡体全部饱和计算天然状态(工况Ⅲ)。

计算中所采用的岩土物理力学参数的选取合理与否，是计算评价路堤边坡稳定性的关键所在。具体参数根据该区域以往经验以及参数反演法综合确定，各地层物理力学参数建议值见表1。

表1 各地层物理力学参数建议值

由于路堤边坡范围内主要由人工填土组成，具有土层较厚的特性，路堤边坡将可能沿坡体内部产生圆弧型滑动，利用采用北京理正软件根据Bishop法进行搜索最不利的滑面，进行稳定性计算。计算公式如下：

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwicosθi(ai-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(ai+θi)

Ri=Nitgai+CiIi

式中KS——边坡稳定性系数；

Ci——第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值，kPa；

ai——第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值，(°)；

Ii——第i计算条块滑动面长度，m；

θi，ai——第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角，(°)；

Gi——第计算条块单位宽度岩土体自重，kN/m；

Gbi——第i计算条块滑体地表建筑物的单位自重，kN/m；

Pwi——第i计算条块单位宽度的动水压力，kN/m；

Ni——第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力，kN/m；

Ti——第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力，kN/m；

Ri——第i计算条块滑动面上的抗滑力，kN/m。

不同工况条件下的安全系数计算结果见表2。

表2 不同工况条件下的安全系数

根据对路堤边坡现状稳定性的分析与计算，路堤边坡目前处于临界稳定状态。但在地震或暴雨作用下存在再次滑动的可能，地震外力作用下或地下水大量下渗，其地质条件、自然环境将会逐渐恶化，在雨季饱水的条件下路堤边坡还存在缓慢蠕动变形的不稳定态势，并有向后缘纵深牵引发展的趋势，应对路堤边坡采取治理措施。

4 治理措施

4.1方案1

方案1为支挡桩，排水工程，路基处理。

1) 支挡桩：应在路堤边坡体前缘修建支挡桩。对于支挡工程的位置，应结合周围的场地平整需要，尽可能利用坡体抗滑段的抗滑力，以减少支挡结构的荷载。同时应针对路堤边坡及边坡的具体特点，根据路堤边坡及边坡各部分滑面(潜在滑面)的埋深、下滑推力大小等特点，可分段采取不同的整治措施方案。

2) 排水工程

截水沟：在路堤边坡体后缘边界外侧设置截水沟，将地表水引出路堤边坡体以外。排水沟：根据路堤边坡体实际情况可在路堤边坡体表面设置纵向横向截排水系统，尽量将地表积水引出路堤边坡体外，从而减小地表水大量渗入路堤边坡体内。

4.2方案2

方案2为排水工程，支挡挡墙，路基处理。

因路堤边坡体及其上部为林地和耕地，可对路堤边坡进行整体清除，做好路基处理以及截排水设施，并在下部反压坡脚或修筑支挡挡墙进行支挡。此方案比较利于施工，可增加边坡处的绿化面积及景观美化。

5 结 论

1) 该路堤边坡在暴雨及地震作用下，存在继续滑动的可能，应尽早进行治理；

2) 勘察场地处于抗震不利地段，抗震设防烈度为7度，设计地震第3组，设计基本地震加速度值为0.10 g，抗震设计特征周期为0.45 s；

3) 勘察场地内地层属中软场地土，场地类别为Ⅱ类；

4) 场地范围内水文地质条件简单，未发现统一水位面，勘察期间，在路堤边坡前缘发现有少量地下水渗出。地表水、地下水及地基土对砼结构、砼中钢筋有微腐蚀性。

[1] 蒋斌松，康伟.边坡稳定性中BISHOP 法的解析计算[J].中国矿业大学学报，2008,37(3):287-290.

[2] 蒋斌松, 蔡美峰, 吕爱钟.边坡稳定性的解析计算[J].岩石力学与工程学报,2004, 23(16):2726-2729.

[3] 戴自航,沈蒲生.土坡稳定分析简化Bishop法的数值解[J].岩土力学,2002, 23(6):760-764.

[4] 曾维国,车兆学,李旭,罗渊.基于Bishop 法的露天矿边坡稳定分析与实现[J].采矿与安全工程学报,2012,29(2):265-288.

ASlopeStabilityAnalysisMethodBasedonBishop

YAO Yanling

(FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China)

The usage of Bishop method to be calculated in the section of the slope stability parameters under different conditions is found to be based on empirical data of region. We take data inversion method to obtain the basic data of Bishop method when the internal friction angle and cohesion was identified in search of the sliding surface in the Bishop method. On the basis of the quantitative evaluation of landslide stability, we have found we will provide the choice of governance measures for strong quantitative basis.

Bishop method; Landslide; Stability; Treatment

2016-08-06

姚艳领(1989-)，男，河南人，在读硕士研究生，研究方向：地质工程，手机：18487147759，E-mail：18487147759@163.com.

TD824.7

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.020