黄土地区土质边坡稳定性的分析及评价

李 瑞

（山西华晋岩土工程勘察有限公司， 山西 太原 030021)

1 边坡概况

拟建场地位于太原市杨家峪村，因拟建建筑需对现场地进行整平：场地东、西、北侧边坡，属于填方区，需要在天然边坡上进行回填，按±0.0m考虑，后期形成的坡高约10.0～30.0m；南侧属于挖方区，按±0.0m考虑，后期形成的填土边坡坡高约7.0m。本次勘察现场根据建筑边坡的坡体材料、边坡高度、填土厚度及场地各地段±0.0m共划分为填方区、挖方区两大区。

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）表3.2.1该场地边坡破坏后果很严重，安全等级划分为一级，该边坡场地地质环境属于中等复杂，综合确定该边坡的工程勘察等级为一级。

2 边坡地质条件

勘查场地属于黄土丘陵地貌，北侧为原始地貌，分布有多条纵横交错的沟谷，南侧为填土堆积地貌，填土厚度最大约25.0m。地形起伏变化很大，场地最高点在南侧，最大高程点约为918m，最低点在场地北侧村子里，最低点高程约为874m，最大高差约44m。

3 地层结构与岩土特性

拟建场地内钻孔揭露的各岩土层的分布由新至老、从上而下依次为：

填土、黄土状粉土（中等偏高压缩性土，具有湿陷性）、黄土状粉质黏土（中压缩性土，具有湿陷性）、粉质黏土（中等偏低压缩性土）、砾砂（物质组成以中粗砂、砾石、粉质粘土混合而成，局部夹漂石颗粒）、粉质黏土、砾砂、物质组成以中粗砂、砾石、粉质粘土混合而成、粉土（中等压缩性土）、中砂层[1]。

4 边坡水文地质条件

拟建场地边坡体未见地下水，局部位置坡脚可见由降水形成的上层滞水，或倾倒的生活用水。

5 人类工程活动对边坡的影响

拟建场地工程建设时进行的场地整治将会形成新的高陡边坡（人工边坡）。施工过程中边坡的开挖及回填将会破坏土体原有的应力平衡，并产生应力场的调整，从而导致坡体松弛带及剪切破坏带的形成，伴随这一过程，在边坡开挖面及回填土下方压缩变形区内的土体因应力场的急剧调整而使坡体应力水平超出了土体材料的抵抗能力，产生剪切变形甚至破坏，边坡可能形成滑坡等灾害。

6 边坡的宏观稳定性分析（定性分析）

现有天然边坡属于黄土地区土质边坡，据地表、地物变形迹象，探井、探槽和钻孔揭露边坡地层岩性情况及调查访问的结果，地表未发现滑塌、地裂缝等不良地质现象，自然边坡产生整体滑动的可能性极小，但坡面在气候、雨水及风化作用的影响下，沿黄土的垂直节理局部滑塌破坏。

项目工程建设的场地整治对该边坡南部进行深切开挖、北部回填以及后期的坡上建筑将会影响边坡的整体稳定性，形成新的高陡边坡（人工边坡）。边坡的开挖及回填将会破坏土体原有的应力平衡，并产生应力场的调整，从而导致坡体松弛带及剪切破坏带的形成，伴随这一过程，当发生地震、暴雨等不利工况时，在边坡开挖面及回填土下方压缩变形区内的土体因应力场的急剧调整而使坡体应力水平超出了土体材料的抵抗能力，产生剪切变形甚至破坏，可能形成滑坡等灾害。

综合以上分析，该天然边坡目前整体稳定性较好，但在雨水及风化作用下局部会发生坡面破坏；后期形成的高陡人工边坡整体稳定性较差，在暴雨等各种内外营力作用下有可能诱发滑动。

7 边坡稳定性计算（定量分析）

7.1 计算公式

本边坡为土质边坡，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）5.2.3、5.2.4条附录“对于均质土体边坡，一般宜采用圆弧滑动面条分法进行边坡稳定性计算”，“对于圆弧形滑动面，本规范建议采用简化毕晓普法进行计算”[2]。故本次边坡稳定性计算采用简化Bishop法。

边坡稳定性和推力计算公式为：

7.1.1 稳定性系数计算公式

式中：

稳定安全系数K通过逐步逼近的方法求解。

式中：Fs—边坡稳定性系数；

Ci—第i计算条块滑面粘聚力（kPa）；

Φi—第i计算条块滑面内摩擦角（°）；

li—第i计算条块滑面长度（m）；

θi—第i计算条块滑面倾角（°），滑面倾向与滑动方向相同时取正值，相反时取负值；

Ui—第i计算条块滑面单位宽度总水压力（kN/m）；

Gi—第i计算条块单位宽度自重（kN/m）；

Gbi—第i计算条块单位宽度竖向附加荷载（kN/m）；方向指向下方时取正值，指向上方时取负值；

Qi—第i计算条块单位宽度水平荷载（kN/m）；方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值；

hwi,hw,i-1—第i及第i-1计算条块滑面前端水头高度（m）；

γw—水重度，取10kN/m3；

i—计算条块号，从后方起编；

N—条块数量。

7.1.2 边坡的稳定性计算

1）各区分析及计算模型

根据施工现场场地整治方案，本次计算剖面选取挖方区的两个典型剖面和填方区自然剖面坡角大坡面局部部分变形的剖面进行稳定性计算，选取典型剖面的原则是：尽可能与边坡走向垂直，或与地形等高线垂直以计算评价岩土体稳定性为主。

在回填区，本报告除对部分现状边坡进行了不同工况条件下边坡稳定系数计算外，还对回填土方对现状边坡的影响进行了不同工况条件下的边坡稳定系数计算。在垂直各边坡走向上选实测剖面进行分析计算。

2）计算工况

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）局部修订版附录A和《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），本场地抗震设防烈度为8度，设计地震分组第二组，设计基本地震加速度值为0.20g。

坡脚开挖、坡顶加荷、降水、地震动是影响边坡稳定性的主要因素，并考虑坡体饱水情况、地震工况下的稳定系数，因此计算工况考虑以下三种：

工况一：自重；

工况二：自重+暴雨（饱水）；

工况三：自重＋地震。

3）在现场测试、室内试验参数统计分析和反算分析的基础上，结合地区经验值提出边坡稳定性计算土层参数建议值，见表1.1。

边坡稳定性计算参数建议值表 表1.1

4）稳定性计算结果及评价

本次计算采用理正岩土软件6.0中的理正边坡稳定分析软件，采用圆弧滑面计算安全系数。规范选用通用方法，计算方法选用简化Bishop法，此方法考虑土条法向条间力，切向条间力为0。土体应力采用总应力法计算。

据前述确定的计算参数和计算模型对各边坡体在自重、工况二、工况三分别进行整体稳定性和推力计算[3]。据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），场地建筑边坡工程安全等级为一级。根据相关规范，其稳定性评价标准为：

当K＜1时，不稳定；

1≤K＜1.05，欠稳定；

1.05 ≤K＜Kt（安全系数），基本稳定；

K≥Kt（安全系数），稳定。

8 边坡稳定性的综合评价

根据计算结果得到：对填方区，工况一条件下，场地原始边坡以及填方后，边坡处于欠稳定-基本稳定-不稳定状态，不满足《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）要求。如遇暴雨、地震或人类工程活动等影响，场地边坡大部分处于不稳定状态[4]。场地边坡在现有状况下进行挖填方等工程活动均有可能破坏坡体的应力平衡产生崩塌、滑坡。

对于挖方区，考虑到本边坡为永久性边坡且坡脚为居住环境，人类活动扰动边坡及生活用水入渗可能性较大，建议采取工程支挡措施。。

9 边坡防护及治理方案建议

对于黄土地区图指标破，应在根据各坡段边坡稳定性计算情况及工后使用情况对场地边坡采取相应的治理措施，确保坡体、坡面稳定，防止发生崩塌、滑坡地质灾害。

挖方区治理方案建议：

（1）距离坡底建筑外墙1m进行自然放坡，坡脚处修建3.0-5.0 m重力式挡土墙；

（2）在边坡坡顶、平台、坡脚设置浆砌片石截、排水沟，尽量减少地表水下渗影响边坡稳定性[5]。

填方区治理方案建议：

（1）将场地内①层杂填土挖除，整平夯实后采用加筋垫层分层回填，自坡顶整平面标高向下每8-10m为一级边坡，并设一道错台，依次向下约三到四级坡，坡脚处消除地基土湿陷性后修建3.0-5.0 m重力式挡墙；

（2）在边坡坡顶、平台、坡脚设置浆砌片石截、排水沟，排除边坡区内地表水，减少地表水下渗影响边坡稳定性。可采用防雨水冲刷的浆砌片石拱形骨架护面，依季节可进行人工播撒草籽养护，或移栽树木美化环境。