既有边坡稳定性分析及应对措施

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摘要：我国是一个多山的国家，伴随着山区高速铁路、公路的快速修建，也不可避免的出现了大量高边坡，这为公路铁路的安全运营埋下了隐患，为了避免或是提前预测到边坡地质灾害的发生，应该对既有线边坡的稳定性进行评估，具体采用的方法有工程地质对比法，野外踏勘法、边坡监测以及理论计算来进行综合评价，对有安全隐患的边坡提出处理措施，把可能造成的损失降到最低，保证人民的安全出行。

关键词：高边坡；监测；分析；预测；措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

虽然边坡治理的原则是“一次根除不留后患”，但是由于施工过程中破坏了原有的稳定状态，对周围的环境也有一定的影响，这就造成了地质条件的进一步恶化，对既有线高边坡的稳定性是一个很大的安全隐患，因此有必要对其进行调查，对典型边坡提出处理措施，下面以某高速K18+170~K18+225左侧边坡为例进行分析。

1工程地质条件

1.1地形地貌

K18+170~K18+225段左侧路堑边坡属低山丘陵区，线路以直线形式通过，该左侧路堑边坡为三级边坡，第1级1:0.25，采用C15片石砼挡土墙，高6.5 m；第2级1:1.25，采用浆砌片石护面，高度5.5 m；第3级1:1.5，采用浆砌片石护面，高8 m。K18+177~+225段一级平台设9根抗滑桩，桩径1.5×2.0 m，水平方向间距6 m，桩长12 m，K18+194~+220段堑顶设5根抗滑桩，桩径2.0×3.0 m，桩长28.0 m，水平方向间距6.5 m，与线路方向夹角67°。2006年4月和2007年10月，由于边坡变形严重，在K18+180~+210段二级以上坡面或平台采用钢花管注浆，坡面重新采用浆砌片石护面。

1.2地层岩性

该边坡位于碳酸盐岩与碎屑岩过渡地带，上覆第四系坡残积(Qdl+el)粘性土，下伏基岩为石炭系下统大塘阶梓门桥组(Cldz)白云质灰岩、泥炭岩、砂岩互层，页岩、砂岩互层，灰黄、灰白、灰紫色，薄层状，节理发育，岩体破碎，全强风化带厚度＞20 m，主要分布于K18+005~+200段，砂岩、泥炭岩全风化呈软塑状土，且土体含水量高，由于岩体遇水易软化，导致强度极具下降。

1.3地质构造

该边坡分布地层为石炭系下统大塘阶梓门桥组(Cldz)白云质灰岩、泥炭岩、砂岩，岩层呈单斜状，分布较有规律，变化较小，产状280~300°∠25~40°，在白云质灰岩中发育120°∠60°、180°∠80°、240°∠80°三组节理，间距0.5~1.0 m，裂隙中粘土和石英岩脉充填，在泥炭岩、砂岩互层区发育50°∠70°、120°∠70°二组节理，间距0.1～0.3 m，岩体破碎为全～强风化。

1.4水文地质条件

本测区经原5个钻孔揭示，均无地下水。测区地表水主要为大气降雨，雨季地表水均沿坡面排泄，边坡土体有一定得渗透能力。

2 边坡的调查分析

2009年8月调查和11月5日复查时，一级墙面K18+180及K18+200等处见排水孔渗水流泥，K18+180~220段顶部有多处修补过的裂缝，K18+198处泄水孔渗水，三级平台抗滑桩及其附近裂缝修补后新开裂，张开6 mm。坡顶截水沟河侧纵向裂缝在修补后重新开裂，张开8 mm。以上病害调查结果表明边坡的排水不畅，目前边坡仍在变形，处于蠕动状态。

2.1 地表位移监测

K18+170~+225断面表面水平位移时程曲线如图1。反映了边坡2006.1~2009.6期间最大变形速率一般发生在雨季，旱季对边坡的变形速率影响不大，由此可见降雨对边坡的稳定性影响很大。目前边坡正处在蠕变状态。

2.2 深层位移监测

K3深孔位移方向为高速公路偏北京向约12.3°，2009年7月2日～7月10日观测数据显示，1 m深度位移速率为0.889 mm/月(2009年4月的观测结果为1.302 mm/月)，7~8 m深度滑动面的平均位移速率为 0.727 mm/月(2009年4月的观测结果为0.990 mm/月)。1 m深度处的累计位移达110.86 mm(2009年4月的观测结果为107.70 mm)，累计位移与2009年4月的观测结果相比有所增加。

3理论计算

采用传递系数法进行计算，通过EXCEL表格进行编辑计算。根据计算结果，其整体稳定性系数K=1.14，本文采用文献[1]的边坡稳定评价系数，故边坡整体处于三级欠稳定状态。

4有限元数值模拟

4.1模型的建立及参数的选择

建立三维实体模型，单元选择可以模拟岩土体材料的实体单元SOLID45，抗滑桩采用可以模拟钢筋混凝土结构的实体单元SOLID65。右边界自坡脚向右取15 m，左边界自坡脚向左取65 m，底部自坡脚向下取24 m，根据上、下排抗滑桩的纵断面布置对模型进行简化处理，上下两根抗滑桩在一条纵断面上，纵向取6 m。岩土材料和挡墙采用弹塑性模型，抗滑桩采用弹性模型。采用大变形静态分析选项，流动法则采用非关联流动法则，屈服准则采用Drucker-Prager(DP4)准则，用FullNewton-RaPhson法求解。

根据勘察资料，并且参考文献[2]进行类比分析，考虑目前最不利的雨季，结合经验计算参数的选取见表2。

由于桩和土之间考虑接触分析，假定抗滑桩和岩体在整个分析过程中保持良好接触，不发生粘结破坏。

4.2计算结果分析

4.2.1边坡位移变形分析

通过强度折减，得到边坡实际工作状态下的安全系数为1.148。从水平位移云图4可以看出，边坡出现了明显的滑动变形，位移在软弱岩层中呈倾斜型，最大水平位移位于二、三级平台附近，最大值为96.4 mm。

4.2.2 边坡应力分析

根据主应力分析，边坡岩土体整体处于受压状态，拉应力主要出现在二、三级边坡坡面和堑顶上，由于坡面受拉，二、三级边坡和堑顶面极易产生裂缝。堑顶垂直方向的压应力随着埋深的增加而增加。

4.2.3边坡塑性区分析

根据前面的分析，通过数值计算得到的边坡滑体的塑性区域，如图5、图6所示，滑坡的塑性破坏主要集中在第一层泥炭层和挡土墙的墙趾处，塑性应变较大值区域主要集中在二、三级边坡7~8 m深度范围内，滑面基本形成，塑性区主要处在泥炭层与力学平衡法判断的基本一致，且在二级边坡坡脚处集中，边坡挡土墙的坡脚处塑性破坏范围相对较小。边坡整体的安全系数为1.148，结合前面的边坡位移情况，水平位移量最大值9.6 cm。可见边坡滑面Ⅰ以及深层滑面Ⅱ均处于欠稳定状态。

5结论及建议

根据以上分析，该边坡存在页岩夹层，页岩风化易崩解，遇水易软化并降低其强度，坡体内存在顺坡向的结构面(层面产状120°∠30～73°，坡向185°)，调查时一～四级坡面出现滑动变形，为多层多级顺层滑动，滑坡前缘剪出口和后缘已经基本形成，滑面还未完全贯通，目前处于欠稳定状态，应采用的措施：

(1)对平台已经出现破坏的砂浆面层进行修复；

(2)对可能出现滑动变形的坡面定期检查，雨季加密检查；

(3)增加3个测斜孔，根据深孔位移监测结果确定边坡的加固措施；

(4)在一～三级边坡适当增加仰斜排水孔。

参考文献

张玉芳,王春生,张从文.边坡病害及治理工程效果评价[M].北京:科学出版社,2009.

林在贯,高大钊,顾宝和,等.岩土工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.

王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2007.