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重庆至长沙高速公路边坡稳定性分析
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内容提示：重庆至长沙高速公路边坡在施工中出现了变形，距坡顶8～13m处发生大量的拉张裂缝，为了防止边坡的变形破坏，要针对不同的边坡采取不同的计算分析和加固措施。做到既经济，又达到加固目的。本文就重庆至长沙高速公路边坡分为四种边坡并进行分析，得到施工边坡顶部土质边坡欠稳定需要综合治理并提出治理方案。
作者：蒋月文 王华兵 陈益群 王恒松 柯洪
摘 要：重庆至长沙高速公路边坡在施工中出现了变形，距坡顶8～13m处发生大量的拉张裂缝，为了防止边坡的变形破坏，要针对不同的边坡采取不同的计算分析和加固措施。做到既经济，又达到加固目的。本文就重庆至长沙高速公路边坡分为四种边坡并进行分析，得到施工边坡顶部土质边坡欠稳定需要综合治理并提出治理方案。
关键词：边坡；分类；稳定性；计算分析
1 概述
重庆至长沙高速公路上官桥至酉阳段G3合同段K53 400～K53 540段施工边坡位于重庆市酉阳县江丰镇井岗村、邱家岩下斜坡中部山嘴。2006年8月按1：1.00～1：0.75分阶放坡，坡高最高达56.95m，共设7级边坡，每级边坡高度7.50～8.50m，分阶平台宽2～3m。2006年8月施工边坡开挖后至2008年3月，距坡顶8～13m处发生大量的拉张裂缝，裂缝宽100～260mm，变形范围明显。如果这些边坡变形破坏将威胁施工安全，影响施工进度，需要对这些边坡的稳定性进行分析和治理加固。
2 边坡的分类及稳定性分析
施工边坡上部土体边坡在大气连降雨(大雨或暴雨)的条件下，地表水通过土体孔隙大量渗入，强风化岩体和土体重度增大，下部的粘土与基岩强风化接触处及强风化岩体与弱风化岩体接触面不断软化、泥化，降低了抗剪强度指标，在动水压力增大的条件下，其抗滑力迅速减小，前缘边坡已开挖临空，为坡体提供了较好的临空条件，在饱水状态下，加大了土体重量，降低了土体抗剪强度，边坡前缘开挖临空，施工边坡应力调整，于施工边坡顶部形成拉张裂缝，首先是施工边坡顶部前缘部分呈牵引式滑移失稳，形成新的临空面，稳定性降低，在降雨的作用下进一步呈牵引式滑移变形失稳，逐渐向土体斜坡的中部、后缘扩展，引起前缘至中部，由浅到深、由外到内变形产生牵引式失稳。牵引式失稳将导致目前基本稳定或稳定性较高的土体中部地段演变为稳定性较差的前缘地段，最终影响和威胁土体的整体稳定性，直至土体整体失稳滑移。
施工边坡下部岩质边坡，目前整体处于相对稳定状态。施工边坡长时间暴露风化及连降雨、暴雨等作用下，有可能产生局部滑移。
斜坡稳定性评价标准为：边坡稳定性系数Fs≥Fst（允许安全系数）为稳定，Fst ＞Fs≥1.05基本稳定，1.05＞Fs≥1.00为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定。根据《公路路基设计规范》JTG D30—2004表3.7.4规定，在工况1下，安全系数Fst取1.2；在工况2下，安全系数Fst取1.15。
2.1 岩质边坡稳定性分析
2.1.1 施工边坡稳定性分析
（1）计算方法。
目前边坡顶部已发生拉张裂缝变形，土体主要为碎石土、块石土组成，视为均质体，边坡体上部主要为碎石土组成，中下部主要为强风化页岩岩体组成，强风化呈土状者居多，视为均质体，目前虽然未发生整体变形破坏，处于基本稳定状态。但在连降雨、暴雨等因素的作用下，可能导致边坡岩土体内部沿不同高程剪出口呈圆弧变形局部滑移失稳；因此，依据《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)第3.7.4条款规定，对潜在滑面为圆弧滑动计算模型采用Bishop法来评价。本次计算主要选取两个剖面对边坡采用Bishop法进行稳定性计算；采用北京理正软件中的“边坡稳定性分析”进行稳定性计算。以坡脚前缘潜在剪出口边界采用圆弧滑动法自动搜索危险滑移面和圆心检验确定。
(2)计算工况。
由于该区地震基本烈度小于6度，施工边坡计算不考虑地震，因此采用两种工况计算。
工况1，正常工况：处于天然状态的工况；
工况2，非正常工况：处于暴雨或连续降雨状态下的工况；
由于暴雨或连续降雨状态下土体饱水的程度受多种因素制约，如降雨强度，土的渗透系数等，考虑到斜坡体碎石土、块石土虽结构稍密，但空隙度较大，故偏于安全考虑，认为非正常工况斜坡土体饱水。
(3)计算参数的选择。
重度：依据试验成果，并按强风化岩体中碎石含量、粘土含量进行综合取值：天然重度取24.3kN/m3，饱和重度取24.9kN/m3。抗剪强度根据试验成果和反算结果，综合确定抗剪强度参数值为天然抗剪强度：粘聚力c= 26.43kPa、内摩擦角ф=28.8°；饱和抗剪强度：凝聚力c=22.3kPa、内摩擦角ф= 27.7°。
(4)计算结果。
最不利计算结果见表1
工况稳定系数剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.20）剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.15）稳定状态
工况11.213--稳定
工况21.092184.89基本稳定
2.1.2 岩质边坡整体稳定性定性分析
根据调查和钻探揭露，岩质斜坡前缘（井岗河边）及强风化岩体内未发现未发现鼓丘、挤压、揉搓、滑面（滑带）等变形特征，岩质斜坡整体可能沿潜在滑面为强弱风化分界面产生滑移变形，目前处于相对稳定状态。根据前述分析，以折线型选取剖面。前缘边界以井岗河边弱风化岩体与强风化岩体接触处为前缘边界，后缘边界为强风化底界线由缓变陡处，并将强风化底界线陡处延伸至地表。根据斜坡目前变形情况，选择最不利的剖面
（1）计算方法。
现对岩质斜坡整体稳定性采用不平衡传递系数法。
（2）计算工况同“2.1.1节”。
（3）计算参数的选择。
根据试验成果和反算结果，综合确定抗剪强度参数值为天然抗剪强度：粘聚力c=26.43kPa、内摩擦角ф=28.8°；饱和抗剪强度：凝聚力c=22.3kPa、内摩擦角ф= 27.7°。
（4）计算结果。
表2 岩质斜坡稳定性计算结果表
工况稳定系数剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.2）剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.15）稳定状态
工况11.237--稳定
工况21.154--稳定
2.2 土体边坡稳定性分析
2.2.1 施工边坡顶部土质边坡稳定性分析
施工边坡顶部土质边坡前缘出现了拉裂缝，处于欠稳定状态，稳定性定量计算参数利用施工边坡顶部土体稳定性计算参数进行定量分析。
（1）计算方法。
施工边坡顶部变形土体的后缘边界为裂缝，通过前述分析，主要为土体内部浅层呈圆弧形牵引式滑移。依据《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)第3.7.4条款规定，对潜在滑面为圆弧滑动进行稳定性计算。对潜在滑面为圆弧滑动进行稳定性计算。以坡面土体和强风岩体接触处为前缘潜在剪出口边界，采用圆弧滑动法自动搜索危险滑移面和圆心检验确定后缘边界。边坡顶部变形土体潜在剪出口为边坡临空面土体与强风化分界线处，采用圆弧滑动法进行自动搜索最危险潜在滑移面和圆心。
（2）计算工况。
计算工况同“2.1.1节”
（3）计算参数的选择。
计算参数选取合理性，是计算评价斜坡稳定性的关键，其中潜在滑面（滑带）土抗剪强度指标的取值更是至关重要，本次采用试验成果和反算两种方法综合确定。重度，根据实验结果，块石土天然重度取19.6kN/m3，饱和重度取kN/m3。抗剪指标：由于边坡顶部土体变形斜坡主要为块石土组成。利用室内试验成果，据规范要求，采用反算法检验土体抗剪强度指标，根据土体斜坡前缘（边坡顶部）土体目前为蠕滑弱变形阶段，选择最不利的剖面，以崩坡积块石土试验成果峰值进行反算，凝聚力饱和值c=25.02kPa，稳定系数取1.05进行反算内摩擦角ф值，求得内摩擦角ф值为ф=23.9°。
（4）计算结果。
工况稳定系数剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.2）剩余下滑力(kN/m)（安全系数取1.15）稳定状态
工况11.233--稳定
工况21.048-491.25欠稳定
2.2.2 施工边坡顶部土体斜坡整体稳定性分析
根据调查和探井揭露边坡顶部整个斜坡土体目前处于基本稳定状态，在降雨、暴雨等条件下可能沿强风化岩体顶面呈折线型滑移，后缘边界为地形由陡变缓处，以坡面土体和强风岩体接触处为前缘剪出口边界，现对土体斜坡整体稳定性采用不平衡传递系数法。
（1）计算参数的选择。
计算参数同“2.2.1节”。 天然抗剪强度：粘聚力c=30.71kPa、内摩擦角ф=26.8°；饱和抗剪强度：凝聚力c=25.02kPa、内摩擦角ф=23.9°。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13985.htm
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