宜兴公路Ⅱ号边坡稳定性分析

2019-09-08饶国涛涂鹏飞毛青峰罗杰

价值工程 2019年21期

关键词：边坡

饶国涛涂鹏飞毛青峰罗杰

摘要：目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。本文详细介绍了宜兴公路边坡的工程概况，场地工程地质条件、岩土体的物理力学性质及其稳定性的分析和支护方案的设计。分析及计算证明，该边坡不符和稳定要求，需要进行支护，运用理正软件设计支护方案，本边坡支护设计方案在满足边坡稳定性的情况下兼顾降低工程造价以及支护工程施工的可行和方便。

Abstract： At present， the prevention and control of slope instability is still a very difficult mission. It is of great significance to conduct in-depth study on slope stability analysis and treatment technology. This paper introduces the engineering situation of yixing road slope， the engineering geological conditions， the physical and mechanical properties of rock and soil mass， the stability analysis and the design of support scheme. Analysis and calculation show that the discrepancy and slope stability requirements， the need for support， using reason is the software design support scheme， the slope supporting design scheme in the slope stability under the condition of both lower the project cost and support engineering construction is feasible and convenient.

关键词：边坡;稳定性系数;支护工程

Key words： slope;stability factor;supporting project

中图分类号：U213.1+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）21-0276-03

0 引言

在我国经济进步的同时，我国的土木工程建设也随之快速发展，高层建筑非常迅速发展，当今的交通也是如此，道路的发展也和我们的专业结合密切。边坡工程常常会与道路工程紧密结合在一起，往往是充当附属结构的位置，产生了能让道路进行正常使用的作用。边坡工程的施工情况对工程的安全和稳定有着非同一般的影响，尤其是道路问题与边坡问题，严重的威胁人生的安全和交通的便利，因而边坡稳定问题是必须要解决的问题。本设计一宜兴公路Ⅱ号边坡为基础，结合勘察结果，分析边坡的工程地质特征，如气象水文、地层、岩性、水文地质条件、地质构造与区域地壳稳定性等。借助Geostudio软件进行渗流分析，边坡稳定性分析计算，并作出评估。然后再用理正软件5.6版进行边坡防护的设计，选用挡土墙设计方案。

1 边坡工程概况

该边坡分布高程190～237m，东西向斜长约42m，南北向平均宽度约170m，面积约7.14×103m2，最大高差约58m，坡度在33°-37°之间，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩、页岩与厚层状长石砂岩互层，基岩产状280°∠36°，逆向坡。根据斜坡表面覆盖层以及下伏基岩的构造条件将斜坡划分三个区域，见图1。II区主要由前部村级公路内侧出露的泥岩以及中后部的第四系崩坡积物组成，平均坡度达到37°。其中泥岩部分由于差异风化作用以及村级公路修建开挖形成临空面，坡高6～10m，坡度达到60°。中后部第四系覆盖层较薄，厚度约0.2～1m（图1）;其下伏基岩为砂岩，但同I区一样，发育两组节理，使岩体较破碎，坡体上同样分布较多基岩风化形成的倒坎以及孤石、危巖体体，体积多在0.125～12m3不等，最大超过20m3，典型的见4-4剖面上从下到上依次叠置4块体积均超过10m3的大型危岩体。另外，从整体上看，本区上部砂岩与下部泥岩由于差异分化作用，使得下部村级公路斜坡内侧形成内凹地。

根据边坡取的15件土样做出的土工试验报告资料，经数理统计后，物理力学指标见表1，表2。

2 Geostudio seep 渗流分析

根据所给剖面图构造几何模型，并导入Geostudio中的SEEP/W中（图2），填充材料设计参数。其中滑体（浅灰色）的渗透系数为6.9m/day，滑床的渗透系数为0.000000003m/day。

设置完基本参数后就进行边界条件的设定，由于是稳态条件下我们首先不需要考虑降雨的问题，只需要设定前置水头和后置水头，然后让软件自动生成地下水位线。后置水头设置高度为60m，前置水头高度为51m，在稳态条件下，黑色水位线以上是负孔隙水压力，水位线以下是正孔隙水压力。此时没有降雨等外界的水流入，所以在图中可以发现黑色水位线以上的滑床的水流方向由于毛细现象是往上的，当水流到了滑体后又会顺势往下流，到了水位线以下后流出。在水位下下方的滑床同样由于毛细现象水会被往上吸附。

瞬态时渗流分析就是在稳态条件下加上降雨的条件，设置降雨边界条件。在此模型中我设置的是10天中第4天到第7天降雨，降雨量均是0.1m/day。随着降雨入渗作用的增加，水位线在逐渐上涨明显有凸起的趋势，在土壤吸收水分的同时，负孔隙水压力逐渐消失。假若滑体与滑床饱和时，负孔隙水压力将消失，水位线升高至模型最顶端。在滑体部分水流方向比起稳态状态更加趋近垂直水位线，到达水位线以下后水流方向比起稳态状态更趋于水平。

3 Geostudio slope分析

继续用seep中使用的模型，填充材料滑床、滑体，并且填写相应的数据。其中滑床（灰色部分）中的重度为26kN/m3，粘聚力为500kPa，内摩擦角为40°;滑体（浅灰色部分）的重度为19.5kN/m3，粘聚力24kPa，内摩擦角为20°。填充模型如图4。

因连续强降雨，所以在这四天中每一天的稳定性系数都会在不断的变化。第四天稳定性系数变为0.949，并且水位线相比稳态情况下明显凸起，滑坡面仍然是圆弧滑动面;第五天稳定性系数变为0.944，相比第四天水位线继续在凸起，滑坡面仍然是圆弧滑动面;第六天稳定性系数变为0.943，水位线继续凸起，滑动面略微变大，还是圆弧滑动面;第七天稳定性系数变为0.942，水位线没有明显变化，滑动面也没有明显变化。根据上述的数据分析，由于降雨的原因，边坡得稳定性系数越来越小，边坡也越来越不稳定，水位线也因为降雨的原因在上涨。虽然降雨的停止，但水的渗流作用仍在继续，水位线会有明显的变化，边坡的稳定性系数也在发生变化。第八天稳定性系数为0.942，并且水位线相比降雨时有明显下降的趋势，滑坡面为圆弧滑动面;第九天稳定性系数为0.944，水位线渐渐趋于平缓，滑动面并没有明显变化，仍然是圆弧滑动面;第十天稳定性系数为0.944，水位线变为与降雨前稳态情况时一样，滑动面并没有变化，仍然是圆弧滑动面。

4 边坡支护设计

4.1 边坡支护设计原则

边坡的稳定性与经济两者之间的权衡是边坡设计的首要也是最基础的问题，争取用边坡满足稳定性和可靠性的要求的同时使金钱开销最小化。边坡治理常用的措施包括：放缓边坡，边坡加固，支撑，加固，预应力锚索（锚）的保护和排水。为了使成本降低成功率提升，方案更合理一般使用两种或两种以上的方法配合起来使用。因此，边坡支护方案的原则是：

①在设计支护方案是一定要以安全为中心，要考虑边坡的安全同时也要考虑周边环境的安全。

②在确定边坡安全的同时，需要考虑并且设计很多不同的支护方案然后进行预算的分析;优化设计方案，尽可能的减少施工过程中的工程量和材料的消耗量，最后使经济的消费降到最低。

③施工的是否可行，是否能够方便施工人员进行施工这些都是需要考虑在设计的方案中的。

④在设计时应该要方便监测。

4.2 理正软件简介

边坡丧失稳定性破坏是岩土工程中非常常见的的工程问题之一。一旦发生破坏对人生安全的威胁和经济的损失都是很可怕的。因此，我们更需要客观的、正确的评估边坡稳定状况这个严峻的问题。为满足工程技术人员的需要，编制了“理正边坡稳定分析”软件。

理正软件有这些用途：

①为了满足不同行业，不同研究方向的需求，软件具有通用规章、防御规范、碾压土石坝规范三种标准;

②为了满足各种土层配置的要求，理正软件提供三种地层分布模式;匀质地层、倾斜地层、复杂地层;

③边坡的稳定安全系数、及剩余下滑力都可以理正软件计算出来。

4.3 理正定量计算

设置墙高为6.5米，并且把坡面线段分为4段数据如表3。

设置挡土墙类别为浸水区域挡土墙。墙后填土类别为多层：第一层填土内摩擦角为20°，填土粘聚力为24kPa，填土容重为19.5kN/m3，填土浮重度9.5kN/m3，墙背与墙后填土摩擦角17.5°;第二层填土内摩擦角为37°，填土粘聚力为400kPa，填土容重为20kN/m3，填土浮重度10kN/m3，墙背与墙后填土摩擦角34.5°。

5 结论与建议

5.1 结论

①宜兴公路边坡是土质边坡，威胁过往行人及车辆，如果边坡破坏那么后果非常严重。

②勘查区域内地层分别为：第四系人工回填土、第四系崩坡積物、滑坡堆积物、侏罗系中统沙溪庙组基岩。这些地层的强度低，受雨水侵蚀等因素影响后，边坡会变得非常不稳定，存在较大的安全隐患问题。

③在降雨期间，边坡内水位线上升，地表上将有短暂的流水出现，对边坡表面产生冲刷，造成一些列不利因素。

④借助Geostudio软件中的seep进行边坡的渗流分析与slope边坡稳定性分析，得到在不同工况下边坡的稳定性系数，边坡的稳定性系数小于1，各种工况下均处于不稳定状态。

⑤借助理正软件进行边坡支护的设计，根据数据和条件，以及各种配套方案，最终的挡土墙支持的适用条件和优点和缺点。

5.2 建议

①地表水、地下水、施工季周边荷载等这些一系列的边界条件都有可能改变地质条件，所以一定要对这些可变的因素进行长期的勘测观察。②在边坡内合理地修建排水系统，及时将边坡内的水排除，避免发生滑坡现象。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]中华人民共和国国家标准.GB50086-2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.