惠州市某工程高边坡稳定分析要点浅谈

陈创福

(惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516003)

一般高边坡采用力学平衡计算法评价边坡的稳定性，它可以得出稳定系数的定量数据，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条件(范围)和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的可信度降低[1]。因此，本次高边坡稳定通过定性和定量综合分析得出。

1 工程地质条件

本工程高边坡主要集中在工程起点处，边坡开挖高度最大达70.2 m。根据沿线踏勘调查情况，场地地基岩土层自上而下主要为第四系残坡积土(Qel+dl)及侏罗系砂岩等，按成因时代、岩土分布和结构特征分述如下。

(1)第四系残坡积土。残坡积土(层序号3-1)：褐黄色、褐红色，稍湿～湿，主要由残坡积碎石土组成，黏着性一般，多呈松散状。土、石等级为Ⅱ级。

(2)基岩。基岩为侏罗系砂岩，主要出露强风化带和弱风化带。

强风化岩体(层序号4-1)：呈灰褐色、紫红色，湿，层状构造，粉细粒结构，节理、裂隙发育，主要为泥质胶结，结构基本破坏,胶结性较差，锤击声哑，无回弹，属软岩，岩层较破碎，多呈碎块状。岩石基本质量分级为Ⅴ级，土、石等级为Ⅳ级。

弱风化岩体(层序号4-2)：呈灰褐色、紫红色，湿，层状构造，粉细粒结构，节理、裂隙较发育，主要为泥质胶结，胶结性较差，锤击声较哑，轻回弹，属较软岩，岩层较完整，多呈中薄层状。岩石基本质量分级为Ⅳ级，土、石等级为Ⅴ级。

场地岩层产状320°～2°∠13°～14°。地下水类型主要为赋存于第四系松散土层中的孔隙水及风化砂岩中的基岩裂隙水，场地内基岩裂隙水较发育，根据含水层的特点，该工程区地下水主要为潜水，直接受大气降雨的入渗补给，水量随季节变化影响显著。

高边坡岩土层的物理力学参数采用值见表1。

2 高边坡设计断面

由于边坡起点与已完建段高边坡相接，本次设计沿用大开挖方案，在边坡稳定的前提下，采用锚杆框格梁防护。即高程71.51 m以下边坡坡率为1∶1(共5级)，高程87.51 m以下2级边坡坡率为1∶1.25，高程87.51 m以上部分边坡坡率为1∶1.5(共2级)，每8.00 m高设一级平台，小平台大平台间隔布置，小平台宽2.00 m，大平台宽6.00 m和4.00 m，边坡采用锚杆框格梁防护，锚杆为普通钢筋锚杆，长度有4.50 m、6.00 m和9.00 m三种规格，锚杆布置于框格梁交汇点处。框格梁采用菱形布置，间距2.50 m×2.50 m，坡面采用挂网植草。坡顶设0.30 m底宽梯形排水沟，坡面约隔50.00 m设急流槽一处，平台内侧设0.40 m×0.40 m矩形集水沟，雨水收集后经急流槽排至坡脚排水沟。

表1 高边坡岩土层的物理力学参数采用值

3 高边坡稳定性分析

3.1 定性分析

本次分析采用的方法为赤平极射投影。其原理为：利用一个球体作投影工具，把物体的几何要素(点、线、面)开始投影于圆球面上，再以南极或北极为发射点将球面上物体的几何要素投影于赤道平面上[2-3]。赤平极射投影在工程地质和岩土工程中用途很广，可用它分析各种结构面的相互关系，判定岩体的稳定性。其判别依据为根据结构面、坡面在赤平投影上的交互关系将边坡岩体稳定性分为三类。

(1)稳定。两组结构面的投影交点处于边坡面的另一侧，此时结构面组合交线，倾向坡里。

(2)基本稳定。两组结构面的投影交点处于边坡面的同侧，但在开挖面以外，此时结构面交线较边坡陡。

(3)稳定差。结构面的投影交点处于天然边坡面以外，说明交线较边坡平缓，但在边坡上无出露点。

现状边坡多为岩质边坡，坡体岩性以强～弱风化为主，边坡坡向坡脚为200°∠85°，层理产状2°∠14°，岩层面倾向与坡向呈逆坡大角度相交。坡面主要发育四组节理，节理J1：产状120°∠80°，节理面较平直，微张，延伸长度约8～11 m，2条/m；节理J2：产状136°∠65°，节理面较平直，微张，延伸约10～15 m，1条/m；节理J3：产状225°∠79°，节理面较平直，微张，延伸约9～11 m，2条/m。节理J4：产状2°∠14°，该组节理与岩层产状一致，为层理裂隙，7条/m。根据本次勘查在边坡范围内实测的岩层产状、节理产状，绘制其赤平投影图如图1所示。

根据各个边坡的赤平投影结果，按赤平投影原理分析，得出该边坡整体基本稳定，局部存在小角度结构面相交，易形成楔形体，存在局部块体失稳的可能。

3.2 定量分析

从现场开挖已形成的边坡露头上看，边坡顶层为残积土层，下为强风化粉砂岩和中风化粉砂岩，强风化粉砂岩十分破碎，稳定性稍差，而中风化粉砂岩相对较完整，现场中风化岩层的开挖坡率为1∶0.75，稳定性很好。由于本次开挖边坡底层的中风化岩层坡率为1∶1，比现场的开挖边坡要缓，稳定性更好。因此，本次从边坡的局部稳定性考虑，选取最不利的土层残积土和强风化粉砂岩分别进行分析计算[4]。根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)，本边坡相对破碎，采用简化Bishop法计算，各工况稳定安全系数要求如下：

正常工况最小安全系数容许值取K=1.20；非常工况最小安全系数容许值取K=1.10。

(1)计算工况。正常工况：①工况1：边坡处于天然状态下的稳定，天然水位取87.00 m。非正常工况：②工况2：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的稳定，暴雨时水位取95.00 m。③工况3：边坡处于“地震荷载作用+天然状态下”的组合稳定，天然水位取87.00 m。④工况4：边坡处于“地震荷载作用+暴雨状态下“的组合稳定，暴雨时水位取95.00 m。

图1 赤平投影图

(2)计算方法及结果。边坡稳定计算采用《水工结构有限元分析系统(AutoBANK v7.08)》进行边坡稳定计算[5]。经计算，当搜索面选择在残积土层时的边坡稳定计算成果见表2和图2，当搜索面选择在强风化粉砂岩层时的边坡稳定计算成果见表3和图3。

表2 残积土层时边坡稳定计算成果

图2 残积土层时边坡稳定计算模型及成果

运用工况计算工况滑弧半径R/m安全系数要求安全系数正常工况天然状态11 1432.0161.25暴雨或连续降雨状态11 1432.0161.15非正常工况地震荷载作用+天然状态11 1431.8561.15地震荷载作用+暴雨状态11 1431.8561.10

图3 强风化粉砂岩层时边坡稳定计算模型及成果

由表2和表3计算结果可知，设计断面能满足规范对运行期安全系数的要求，故该边坡是稳定的、安全的。

4 结 语

通过定性和定量综合分析，得出该高边坡整体和局部都是稳定的，坡面采用锚杆框格梁构造防护即可。经与完工的现场对比，验证本次高边坡稳定分析综合采用两种方法是正确的。