張利民 董清志

臨縣至離石高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》“三縱、十一橫、十一環(huán)”中西縱的重要組成部分，是山西省南北向干線(xiàn)公路的重要路段。路線(xiàn)全長(zhǎng)73.1 km，穿越晉西黃土高原區(qū)，地形起伏大，沖溝發(fā)育，深挖路塹形成的高邊坡多，其中土質(zhì)高邊坡共計(jì)115段，累計(jì)長(zhǎng)達(dá)18 460 m，邊坡高度在21.5 m～80.8 m之間，有將近45%的深挖段落邊坡高度大于40 m。土質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及邊坡坡率的確定是臨離高速公路勘察設(shè)計(jì)需要解決的重要問(wèn)題。本文選取具有代表的ZK19+110～ZK21+100段深挖路塹，根據(jù)勘察階段土工試驗(yàn)結(jié)果得到的土體強(qiáng)度指標(biāo)，利用geoslope軟件對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，為邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)也對(duì)解決該地區(qū)土質(zhì)高邊坡問(wèn)題具有參考價(jià)值。

1 邊坡工程地質(zhì)特征

ZK19+100～ZK21+110段深挖路塹位于山西臨縣境內(nèi)，地處黃土覆蓋梁峁區(qū)，邊坡巖性由第四系中更新統(tǒng)(Qpl2)黃土及上第三系上新統(tǒng)(N2)粉質(zhì)粘土組成，屬土質(zhì)邊坡，邊坡高度在20 m～60 m之間。邊坡土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 邊坡土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

采用極限平衡法，選用加拿大GEO-SLOPE公司研制的大型巖土工程分析軟件——Geostudio軟件，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。

2.1 計(jì)算模型及工況

選取具有典型代表性的ZK20+221橫斷面作為計(jì)算斷面，建立模型，進(jìn)行計(jì)算，如圖1，圖2所示。計(jì)算分三種工況:1)天然狀態(tài);2)邊坡處于連續(xù)降雨的狀態(tài);3)自然+地震荷載作用狀態(tài)。本區(qū)域水平地震系數(shù)Kh=0.05，豎向地震系數(shù)Kv=2/3Kh=0.033。

2.2 計(jì)算參數(shù)的確定

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

1)按1∶0.75坡率放坡邊坡穩(wěn)定性。

按1∶0.75的坡率每8 m一級(jí)臺(tái)階，并留設(shè)2 m寬?cǎi)R道，每超過(guò)24 m設(shè)置8 m寬的卸荷平臺(tái)的邊坡設(shè)計(jì)方案，在三種工況下按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的bishop算法計(jì)算，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為:天然狀態(tài)下 FsⅠ=1.002，連續(xù)降雨條件下 FsⅡ=0.545，自然+地震狀態(tài)下FsⅢ=0.954，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分布圖見(jiàn)圖3，圖4。

計(jì)算結(jié)果表明，按1∶0.75坡率進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)的情況下邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，不能滿(mǎn)足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的要求。從結(jié)果中還可以看出造成邊坡不穩(wěn)定的最主要因素是連續(xù)降雨條件下，土體抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性變差。另外地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性也有影響，但是由于本區(qū)域地震加速度動(dòng)峰值較小為0.05，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響有限，沒(méi)有連續(xù)降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響大。

2)按1∶1坡率放坡邊坡穩(wěn)定性。

考慮按1∶1的坡率放坡，每8 m高設(shè)2 m寬平臺(tái)，每超過(guò)24 m設(shè)置一道10 m寬的卸荷平臺(tái)的邊坡設(shè)計(jì)方案，計(jì)算處在三種工況下的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為:天然狀態(tài)下FsⅠ=1.311，連續(xù)降雨條件下 FsⅡ=0.728，自然+地震狀態(tài)下FsⅢ=1.172。邊坡穩(wěn)定系數(shù)分布圖見(jiàn)圖5，圖6。

計(jì)算結(jié)果表明，按該設(shè)計(jì)方案，在正常工況和邊坡處于地震荷載作用狀態(tài)的工況下，路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求，但是連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下土體達(dá)到飽和時(shí)，路塹邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。事實(shí)上在連續(xù)降雨條件下把土體按飽和土體考慮是偏于保守的，因此，只要做好排水和坡面防護(hù)，在連續(xù)降雨條件下，邊坡也是穩(wěn)定的。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)分析計(jì)算，臨離高速公路高度大于60 m的高邊坡按1∶0.75的坡率進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，邊坡是欠穩(wěn)定的;而按1∶1的坡率進(jìn)行邊坡放坡的同時(shí)做好排水設(shè)計(jì)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)可以滿(mǎn)足規(guī)范要求。2)項(xiàng)目所在區(qū)域(臨縣、離石)影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的最主要因素是連續(xù)降雨。連續(xù)降雨條件下，雨水入滲，土體抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性變差。另外地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性也有影響，但是由于本區(qū)域地震加速度動(dòng)峰值較小，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響有限，沒(méi)有連續(xù)降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響大。

［1］John krahn.Stability modeling with slope/w［M］.2004.

［2］錢(qián)家歡，殷宗澤.土工原理與計(jì)算［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］JTG D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］楊春友.公路邊坡防護(hù)和加固技術(shù)探析［J］.山西建筑，2010，36(15):263-264.