路堑边坡稳定分析浅析
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摘要：探讨公路路堑边坡防护工程中边坡失稳的原因，结合福建东南部惠安县实际工程，建立相应模型分析边坡，针对不同的边坡类型采取的防护措施。
关键词：土质边坡 滑动面 抗滑力 饱和重度
中图分类号：TL75文献标识码： A
一、综述工程实际情况边坡地质描述
1边坡的破坏类型，
根据边坡的物质组成及坡体结构特征，大致可以将边坡划分为土质边坡和岩质边坡。
土质边坡是指构成边坡主体为土类物质；岩质边坡是指构成坡体的主体由岩体组成。由于岩质边坡相对较稳定，防护形式简单，故本文仅对土质边坡进行加以分析。
边坡破坏形态千差万别,土质边坡破坏一般拟合为圆弧面破坏(粘性土质)和平面破坏(砂性土质)；类土质边坡主要是指坡残积土边坡,风化土边坡等，破坏一般沿坡残积结合面或坡残积与基岩面等处成近似圆弧面滑动破坏。
2项目所处地理环境
项目的地质构造为长乐―南澳深断裂呈北东走向平行于海岸线分布，该断裂带斜贯项目所在地。边坡土层构成如下：
(1)耕植土①(Q4ml)成分主要为粘、粉粒和植物根系，含有机质，该层力学强度较低，工程性能差。
(2)粉质粘土②(Q4dl)成分主要为粘、粉粒，含石英中细砂粒5%～10%，刀切面规则，稍有光泽，摇震无反应，韧性、干强度中等。该层力学强度中等，工程性能较好。
(3)残积砂质粘性土③(Qel)原岩结构特征清晰，成分主要由长石等易风化矿物风化形成的次生粘土矿物和石英颗粒和少量云母碎片组成，属中等压缩性土，天然状态下力学强度较高。
(4)全风化花岗岩④(γ52)灰黄、灰白色，坚硬，风化强烈，原岩中粗砂粒花岗结构尚可辨认，长石矿物已风化成粘土矿物，岩体风化成土状，岩体完整性程度为极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
(5)强风化花岗岩⑤(γ52)
砂砾状强风化花岗岩⑤-a：
该层中粗粒花岗结构尚清晰，岩石结构大部分已破坏，呈散体状结构，大多数长石等易风化矿物已风化成粘土矿物，残留有少量硬质小岩块，属极软岩，岩体完整性程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
碎块状强风化花岗岩⑤-b：
中粗粒花岗结构清晰，部分长石等易风化矿物已强烈风化，裂隙较发育，矿物结构联结力部分丧失，岩芯多呈碎块角砾状，手折易碎，RQD=0。该层力学强度较高，压缩性低，工程性能较好，岩体完整性程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
(6)中风化花岗岩⑥(γ53)：
浅黄、灰白、浅肉红色，中粗粒花岗结，构致密块状构造。岩石矿物主要由长石、石英和少量云母组成，风化微弱。岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度为较破碎～较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ级。
土层力学性质如下表
岩、土层名称
及编号 重度 饱和重度 压缩模量
ES0.1-0.2 基本容许值
fa0 点荷载试验
强度
(R) 饱和单轴抗压
强度
(frk) 天然快剪 饱和剪
粘聚
力 内摩
擦角 粘聚力 内摩
擦角
kN/m3 kN/m3 MPa kPa MPa MPa kPa 度 kPa 度
粉质粘土② 18.2 18.9 5.11 200 31.2 19.2 24.5 13.6
残积砂质粘性土③ 18.8 19.3 5.64/16* 220 27.8 23.0 21.1 16.9
全风化花岗岩④ 20# 21.5 30* 300 29.0# 25.0# 23.5# 21.5#
砂砾状强风化花岗岩⑤-a 21# 22.3 45* 400 32.0# 28.0# 28.0# 24.0#
碎块状强风化花岗岩⑤-b 23# 800 11.9
中风化花岗岩⑥ 26.7 2000 41.2
二、土质边坡失稳产生的主要破坏类型
根据不同的标准划分破坏类型
1)按边坡失稳滑动的形式可分为浅层滑动与深层滑动，浅层滑动是指滑动体只局限边坡浅层，深层滑动是指滑动体已深入坡基相当深的部位，比如滑动面深入坡面下5～8m深的滑动。
2)按滑动的危害程度可分为危害性轻微的局部滑动和危害极大的整体滑动，局部滑动主要是一些浅层滑动，危害较小，处理比较容易；整体滑动主要是指那些深层滑动或者一些大范围的浅层滑动（沿路纵向超过100m长的浅层滑动）。这种滑动影响范围大，处理也比较困难。
三、针对该项目稳定性分析的主要方法
3．1边坡失稳的主要产生原因：
1、坡面开挖后边坡产状及倾角较大，路基开挖后边坡土体主要组成为沙砾状强风化花岗岩、碎块状花岗岩、残积砂性土，粉质粘土、素填土等，力学性质较接近土质边坡，土体自身容重较大，抗剪强度较小，相应下滑力较大，容易导致边坡失稳。此原因可以归结为边坡本身的内在原因。
2、水的危害，
1）地下水的危害：地下水导致水位线以下的土体长期保持在饱和状态，导致土体的抗剪强度降低，自身容重增加，土间抗滑力减小，从而引发边坡失稳。
2）连续暴雨极端天气：在连续强降雨的情况下，由于边坡上部土质短时间内吸收了大量的雨水，造成上部土体容重增加，抗剪强度减小，滑动坡体一般为饱和土体。本项目只考虑连续暴雨引发的不稳定性。
3、地震的危害
根据地质勘查资料拟建场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，项目位于丘陵坡地地貌部位，属抗震不利地段。
地震引起的边坡破坏的原因可分为两个方面：一方面是地震荷载秀发超静空隙水压力的增大、有效应力降低，从而降低了土体的抗剪强度；二方面是地震惯性力的作用增大了土压力，改变了土体应力状态。
水的危害以及地震的危害，都是由于外界不稳定因素的变化导致了边坡的力学性质发生变化，进而引发了边坡失稳。可归结为外在因素影响。
3.2边坡稳定分析
3.2.1分析方法
1）相似工程类比法
工程类比法是一种应用广泛的概念性设计方法,但由于其推理体系的特殊性,目前还难于给出该方法的准确操作步骤。一般根据项目所在地的已建项目完成情况，综合考虑类似的地质条件下所采用的防护措施，以此为参考采取相似的处理方式。
2）定量计算法
根据地质勘查的实际资料，利用理正岩土软件建立适当的模型，考虑各种条件下的最不利情况，计算边坡的下滑力与抗滑力之间的关系以及安全系数，若满足下滑力小于抗滑力，安全系数满足要求，则边坡稳定，反之则失稳。
3.3.2项目实例分析
本项目沿线地质资料完备，为定量分析边坡的稳定性提供了基础资料。仅以K6+300~K6+500右侧的典型段落作为研究对象，进行边坡定量分析。
1）、模型建立
根据地质勘察资料分析，将边坡定为一级边坡坡率为1：1，高度为8m；二级边坡坡率为1：1.25，坡高小于12m。
2）、自然状态下边坡稳定性分析
上部土层4层
层号 定位 重度 层顶线 粘聚力 内摩擦角
高(m) (kN/m3) 倾角(度) (度) 力(kPa)
1 2.1 21 -17.79 32 28
2 9.77 20 -12.8 29 25
3 15.97 18.8 -7 27.8 23
4 18.87 18.2 -4.34 31.2 19.2
下部土层2层
层号 定位 重度 层顶线 粘聚力 内摩擦角
高(m) (kN/m3) 倾角(度) (kPa) (度)
深(m) (kN/m3) 倾角(度)
1 2 23 -11.14 45 27
2 7.4 26.7 -7.04 100 35
采用圆弧稳定分析法：Bishop法
不考虑地震及水的作用
滑动安全系数=1.581＞1.15(二级公路路堑边坡自然状态安全系数)
总的抗滑力=2441.290(kN)＞ 总的下滑力=1543.957(kN)
3）、地震作用下边坡稳定性分析
不考虑水作用
滑动安全系数=1.500＞1.02(二级公路路堑边坡地震安全系数)
总的抗滑力=2425.802(kN)＞总的下滑力= 1617.156(kN)
4）、水作用下边坡稳定性分析
上部土层
层号 定位 重度 层顶线 粘聚力 内摩擦角
高(m) (kN/m3) 倾角(度) (度) 力(kPa)
1 2.1 22.3 -17.79 28 24
2 9.77 21.5 -12.8 23.5 21.5
3 15.97 19.3 -7 21.1 16.9
4 18.87 18.5 -4.34 24.5 13.6
下部土层
层号 定位 重度 层顶线 粘聚力 内摩擦角
高(m) (kN/m3) 倾角(度) (kPa) (度)
深(m) (kN/m3) 倾角(度)
1 2 23 -11.14 45 27
2 7.4 26.7 -7.04 100 35
不考虑地震计算如下
滑动安全系数=1.297＞1.05(二级公路路堑边坡连续暴雨安全系数)
总的抗滑力=1977.877(kN)＞总的下滑力= 1524.637(kN)
四、路堑边坡防护设计思路
4.1设计原则
坡率的选择以及平台设置
路堑边坡坡形一般设置为台阶式,台阶高度8~10m，顶级缓坡可设至12m左右，平台宽一般2m。边坡坡率一般根据边坡地质岩性、风化程度，通常采用如下原则：微风化岩0.25~0.50，弱风化岩0.50~0.75，强风化岩0.75~1.00，坡残积层1.00~1.25，松散软弱土层1.25~1.50。
为了加强高边坡的景观效果，在有条件的情况下，应尽量放缓边坡，顺应地形，并将坡口线与原地面线圆滑过渡。此外，在一段边坡内坡率不同时，需要平滑过渡，但变化不要过于频繁。
4.2防护形式的选择
防护加固应针对边坡不同的变形破坏形式或因素而采取不同的措施。
1）坡面变形类对于强-弱风化岩体采用挂网喷混植草防护或骨架类(拱型、菱形、人字型等)客土喷播植草防护；全-强风化层采用骨架类客土喷播植草防护；坡残积层采用骨架类客土喷播植草防护或三维土工网植草防护；松散土层采用三维土工网植草防护。
2）地表、地下水引排处理：
a对于坡体地下水引排，以仰斜平孔排水为主,结合墙背盲沟及结构泄水孔处理,有时还可用边坡渗沟、支撑盲沟及重点部位引排等措施；
b对地表水引排，一般在路堑堑顶设截水沟，坡面设急流槽，以及平台排水沟、路堑边沟等组成综合地表排水系统。
为减少对环境的破坏，本项目防护采用，下级边坡采用人字型骨架防护，上级边坡采用三维土工网绿化，加大了沿线的绿化面积，提升了道路的美感。
通过模型的建立，应用适当的方法来分析边坡的稳定性是一种切实可行的方法，能够在早期的设计过程中通过地质资料的分析，确定合理的边坡坡率，能为工程的造价控制提供必要的合理依据。
参考文献
【1】路堑高边坡稳定性分析方法和工程实践李刚，周向辉
【2】公路路基设计规范（JTG D30-2004）
【3】公路工程地质勘察规范(JTG_C20-2011)
【4】DBJ13-84-2006岩土工程勘察规范(福建省地方标准)