某路堑边坡稳定性计算及位移监测分析

雷越 左得奇

【摘 要】 边坡的滑塌会造成严重财产损失和人员伤亡，为了保证边坡工程的安全施工和施工完成后的稳定性，必须对边坡进行稳定性分析与评价。文章分别运用极限平衡法和强度折减法计算洛宁西站路堑高边坡的安全系数，对比分析滑坡体的 稳定性。采用Slide软件和FLAC3D作为计算工具，建立路堑边坡的计算模型，运用瑞典法和强度折减法对其安全系数进行计算，并且根据现场实际监测位移数据对其稳定性进行评价。研究结果表明：极限平衡法和强度折减法的边坡稳定性计算分析上结果一致，该滑坡体整体稳定性较差，可能产生滑动破坏。

【关键词】稳定分析; 极限平衡法; 强度折减法; FLAC3D; 位移监测

极限平衡法[1]是现阶段最常用的定量分析方法，主要是基于摩尔-库伦强度准则，对作用于边坡上的力达到平衡状态时的边坡稳定性情况进行分析进而求出边坡的稳定性系数。数值分析方法诸如有限单元法，快速拉格朗日法，离散单元法等由于其优越性，逐渐成为现在边坡稳定分析的主流。许多学者对边坡的稳定性研究做过大量的工作，如黄波[2]采用FLAC3D有限差分软件对边坡进行稳定性计算，研究了边坡在未支护情况下如何确定最危险滑动面;张劲松[3]等采用极限平衡法对典型断面进行稳定性分析等。由于边坡工程的复杂性，现在很难找到一个统一的理论对边坡的稳定性作出准确的评价，极限平衡法和数值分析法相结合用于评价边坡的稳定性被大多数的研究人员所认可，本文拟采用Slide极限平衡分析软件和FLAC3D有限差分软件对边坡稳定性进行分析，求出边坡的安全系数，并结合现场监测数据分析边坡的稳定性，以其为以后类似工程提供借鉴。

1 工程地质概况

1.1 边坡工程概况

研究区边坡位于河南省洛阳市洛宁县洛宁西站附近，车站附近线路跨越S323省道通过，路宽约8.5 m，交通较便利。车站区属低山区地貌，地势起伏较大，自然坡度15～40°，地面标高范围为640～764 m，相对高差30～100 m。坡顶及山坡为第四系厚层黄土覆盖，自然边坡较稳定，山坡被辟为农田，种植烟草的经济作物。坡脚处河谷偶见基岩出露。

1.2 气象条件

车站区属暖温带大陆性半湿润季风型气候，气候温和，四季分明，年平均气温12.6 ℃左右，气候具有南北过渡的特点，属于豫西山地温凉湿润区，地势较高，气候温凉。年平均气温12.6 ℃左右，最高气温42.1 ℃，最低气温-19.1 ℃;历年平均降水量647.8 mm，年最大降水量为1 011.7 mm（1958年），降水主要集中在7～9三个月。

1.3 区域地质条件

根据勘察揭示，车站段下覆岩土层按其成因分类主要有：第四系上更新统（Q3eol）风积层，第四系下更新统（Q1eol）风积层，下第三系大峪组（E3d）角砾岩，震旦系下统管道口群龙家园组下段（Z1lj1）白云岩。

1.3.1 第四系上更新统（Q3eol）风积层

①19-2黏质黄土为褐黄色，可塑，含钙质结核，角砾含量约占5 %，粒径2～10 mm，呈棱角状，表层0.5 m含少量植物根系，层厚16.8～18.7 m，层面标高667.7～674.52 m。

①19-3黏质黄土为褐黄色，硬塑，土质不均匀，局部夹钙质结核，其中7.8～8.7 m夹少量角砾，约占10 %，粒径2～30 mm，呈棱角状，层厚约2.40～20.00 m，层面标高659.62～722.67 m。

1.3.2 第四系下更新統（Q1eol）风积层

①21-2黏质黄土为褐黄色，可塑，土质不均匀，局部夹钙质结核，夹少量角砾，约占10 %，粒径2～30 mm，呈棱角状.，层厚约2.00～20.60 m，层面标高662.21～702.67 m。

①21-3黏质黄土为褐黄、褐红色，硬塑，土质不均匀，局部夹钙质结核，砾含量约占5 %，粒径2～7 cm，呈棱角状，层厚约2.20～34.60 m，层面标高654.62～701.72 m。

①21-4黏质黄土为褐黄色，坚硬，土质不均匀，局部夹钙质结核，砾含量约占5 %，粒径2～40 mm，呈棱角状，层厚约5.50～45.20 m，层面标高703.02～707.22 m。

1.3.3 下第三系大峪组（E3d）

③8-1砂砾岩为灰褐色，全风化，原岩结构构造已完全破坏，岩芯风化呈土状夹角砾状。层厚约1.00～1.1 m，主要分布于与路基衔接的桥址区，分布深度差异较大。

③8-2砂砾岩为杂色，强风化，岩体风化强烈，岩芯呈角砾状，粒径2～45 mm，层厚约1.20～11.0 m，层面标高647.41～666.91 m。

③8-3砂砾岩为杂色，弱风化，砾状结构，薄层状构造，泥质胶结，岩芯呈短柱状、柱状，少量块状，层厚1.0～3.30 m，层面标高659.41～663.91 m。

1.3.4 震旦系下统管道口群龙家园组下段（Z1lj1）

⑨1-2白云岩呈灰白色夹青灰色，强风化，岩体风化强烈，岩芯呈角砾状、碎块状，层厚0.70～19.80 m，层面标高665.28～689.63 m，线岩溶率为0.071。

边坡原始横断面如图1所示。

2 边坡稳定性计算分析

2.1 极限平衡法

2.1.1 计算原理

极限平衡法根据边坡滑体垂直条分的力学平衡原理来判断边坡在各种状态下的受力破坏情况，其基本假定是将滑动面以上土体视为刚体，在分析其受力和变形过程中，忽略其内部变形;滑动土体处于极限强度状态，即在发生破坏时，滑动面上点的抗剪强度完全发挥;产生破坏时，滑体在所受各种力的作用下处于静态平衡状态。

极限平衡法包括瑞典法、毕肖普法、塞宾斯法等等，对于土质边坡，常用瑞典法进行计算，瑞典法示意如图2所示。

2.2.3 计算结果分析

本次计算得剪切应变增量如图5所示。图中显示边坡剪应变增量数值较大，剪应变集中带已经贯通，剪切带已经形成。同时根据模拟结果可以看出边坡稳定安全系数为1.160，这与采用极限平衡法（Slide软件）所求出的安全系数（为1.082）基本一致，边坡稳定性较为不稳定。

3 边坡位移监测

3.1 监测内容

断面DK718+880左侧路堑边坡位于黄土深路堑段。如图6所示，在距其左线左侧197.338 m、192.104 m、187.272 m、181.273 m、168.295 m、155.160 m、142.751 m、129.033 m和12.007 m共9个位置的路堑坡面上分别布置监测点。

该路堑边坡于2015年12月15日开挖完成， 2016年3月陆续开始监测，2018年2月22日结束监测。

3.2 监测结果分析

各监测点位移随时间变化情况如图7所示（图中X方向位移为水平位移，负值表示其远离临空面;Y方向位移为铅垂位移，负值表示其竖直向上）。

从图7可知断面DK718+880處位移计于2016年3月11日开始观测，3月30日前开挖时边坡变形较大，月变化量为3～15 mm;而后位移逐步稳定，监测点水平位移在远离临空面和靠近临空面间波动，竖向位移在上下波动。7月中旬开始各个监测点变形突然增大，到8月中旬月变化量约15～18 mm，断面DK718+880边坡可能发生滑塌。9月初开始边坡位移逐渐稳定，变形浮动范围较小，至2018年5月中旬变形趋平缓。

4 结论

（1）基于FLAC3D强度折减法以及极限平衡法（Slide软件）对边坡进行稳定安全系数的计算可知：FLAC3D计算出的安全系数为1.160，极限平衡法计算出的安全系数为1.082，两者计算结果大致相同。

（2）通过边坡位移监测数据可知边坡开挖后位移呈现先增大后稳定而后再增大的趋势，位移变形量较大，可能产生滑移。

参考文献

[1] 陈祖煜.土质边坡稳定分析：原理·方法·程序Soil slope stability analysis：theory methods and programs[M]. 成都：中国水利水电出版社. 2003：156-159.

[2] 黄波，李佳.基于FLAC3D锚杆加固边坡机理的研究[J].结构工程师，2016，32（6）：140-147.

[3] 张劲松，崔向雷，李贤.麻昭高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理措施研究[J].公路交通科技：应用技术版，2019（2）：109-111.

[4] 范春青.基于强度折减法的高边坡稳定性分析与设计[J].地下空间与工程学报，2009，5（6）：1253-1257.

[5] 彭文斌.FLAC3D实用教程[M].北京： 机械工业出版社，2020：163-167.

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