尹紅梅 石 謙

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 武漢 430071）

某高邊坡位于云南省境內(nèi)，開(kāi)挖高度達(dá)109 m，根據(jù)勘探資料顯示，挖方邊坡段第四系沖洪積、殘坡積厚度20～40 m，其下為強(qiáng)風(fēng)化侏羅系中統(tǒng)花開(kāi)左組板巖，局部有弱風(fēng)化板巖。邊坡設(shè)計(jì)從上至下分6級(jí)開(kāi)挖，各級(jí)底部高程分別為1 570，1 550，1 530，1 510，1 492，1 471 m，邊坡坡率1∶1.0。

1 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

該邊坡施工過(guò)程中，在坡面先后布置了14個(gè)表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2011年5月～10月期間，表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形在平面圖上的投影見(jiàn)圖1，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明變形明顯的主要是 TP-06，TP-07，TP-08測(cè)點(diǎn)。

圖1 表面變形監(jiān)測(cè)成果平面投影圖

沿側(cè)面邊坡中心線(xiàn)切取地質(zhì)剖面I-I′，繪制TP-06，TP-07，TP-08監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形在剖面上的矢量投影，見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形矢量在I-I′剖面圖上的投影形態(tài)

（1）3個(gè)點(diǎn)在剖面圖上的投影變形量總體相當(dāng)，說(shuō)明坡體表層整體滑移［1］。

（2）測(cè)點(diǎn)變形方向反應(yīng)了測(cè)點(diǎn)所在位置底滑面傾角大?。?］；從上至下，測(cè)點(diǎn)變形方向與水平面夾角逐漸變緩；到監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP-08，測(cè)點(diǎn)變形方向已近水平，說(shuō)明潛在剪出口可能就在TP-08附近。

（3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形方向與相應(yīng)部位第四系下界面傾角吻合較好，說(shuō)明潛在變形體沿第四系下界面滑移的可能性較大。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性分析參數(shù)選取

根據(jù)該邊坡勘測(cè)資料并參照以往工程經(jīng)驗(yàn)，邊坡各層巖土體參數(shù)選取如表1。

表1 邊坡參數(shù)取值

2.2 數(shù)值模擬方法分析邊坡穩(wěn)定狀態(tài)

根據(jù)邊坡資料建立的邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析模型見(jiàn)圖3［3］，考慮了第四系、強(qiáng)風(fēng)化板巖、弱風(fēng)化板巖、微新巖體4個(gè)不同巖性層，按實(shí)際施工情況，邊坡分6級(jí)開(kāi)挖。

圖3 邊坡數(shù)值分析模型

將自重應(yīng)力導(dǎo)致的位移場(chǎng)清零，然后進(jìn)行邊坡逐級(jí)開(kāi)挖模擬。

圖4為計(jì)算模型中不平衡力隨計(jì)算荷載步的變化曲線(xiàn)。由圖4可見(jiàn)，第一級(jí)、第二級(jí)邊坡開(kāi)挖時(shí)，計(jì)算迅速收斂，說(shuō)明第一、二級(jí)開(kāi)挖不會(huì)導(dǎo)致邊坡大量變形，但是開(kāi)挖第三級(jí)時(shí)，計(jì)算收斂已經(jīng)比較困難。

圖4 開(kāi)挖時(shí)不平衡力隨荷載步變化曲線(xiàn)

圖5 為第三級(jí)開(kāi)挖結(jié)束后邊坡的水平向變形等值線(xiàn)圖，最大水平變形已超過(guò)30 c m，且以開(kāi)挖揭露部位第四系變形為主。進(jìn)行第四級(jí)邊坡開(kāi)挖模擬時(shí)，計(jì)算不再收斂，說(shuō)明在無(wú)支護(hù)條件下，開(kāi)挖第四級(jí)邊坡時(shí)，坡體會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)滑移［4－5］。第四級(jí)邊坡的底部高程為1 510 m；數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)到的邊坡大變形出現(xiàn)位置相吻合。

圖5 第三級(jí)開(kāi)挖后邊坡水平變形等值線(xiàn)圖

2.3 極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定狀態(tài)

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，該邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生較大滑移的潛在滑移面有第四系下界面和強(qiáng)風(fēng)化層下界面，見(jiàn)圖6和圖7中粗線(xiàn)所圈閉的范圍。

圖6 沿第四系下界面的穩(wěn)定性分析模型

圖7 沿強(qiáng)風(fēng)化層下界面的穩(wěn)定性分析模型

采用不平衡推力法計(jì)算邊坡沿兩個(gè)滑移面滑動(dòng)的穩(wěn)定性系數(shù)［6］，結(jié)果為：沿第四系下界面的潛在滑移體，穩(wěn)定性系數(shù)為0.8；沿強(qiáng)風(fēng)化層下界面的潛在滑移體，穩(wěn)定性系數(shù)為1.5。說(shuō)明開(kāi)挖后，在沒(méi)有及時(shí)支護(hù)的情況下，邊坡存在沿第四系下界面整體滑移的趨勢(shì)。

3 邊坡處治設(shè)計(jì)

邊坡施工過(guò)程中的變性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、邊坡數(shù)值模擬穩(wěn)定性分析結(jié)果及邊坡極限平衡法穩(wěn)定性分析結(jié)果均表明，該高邊坡滑移面為第四系與基巖交界面，即第四系下界面。

3.1 邊坡剩余推力的計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范［7］，邊坡安全系數(shù)取1.3，采用不平衡推力法計(jì)算。邊坡剩余推力計(jì)算采用圖6所示的分析模型，圖8給出了開(kāi)挖時(shí)各條塊剩余推力，邊坡潛在滑體剩余推力為3 484 k N。

3.2 邊坡處治設(shè)計(jì)

根據(jù)滑體厚度、規(guī)模等，擬采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行坡體加固。

錨索的軸向拉力設(shè)計(jì)值與滑坡推力設(shè)計(jì)值之間存在以下關(guān)系［8］：式中：Nt為錨索或錨筋樁軸向拉力設(shè)計(jì)值，k N；Fn為滑坡推力設(shè)計(jì)值；φ為滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角，取22°；α為滑動(dòng)面與水平面夾角，取平均值35°；β為錨索或錨筋樁與水平面的夾角，取平均值20°。

圖8 開(kāi)挖時(shí)各條塊剩余推力分布曲線(xiàn)

邊坡潛在滑體剩余推力為3 484 k N，按式（1）計(jì)算得所需軸向拉力設(shè)計(jì)值Nt為3 851 k N。

在第四系滑移體內(nèi)，布置11排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索列間距5 m×5 m［9］，錨索下傾20°，交錯(cuò)布置，錨索長(zhǎng)度根據(jù)滑面位置取L＝25～45 m。見(jiàn)圖9。

圖9 支護(hù)方案圖

單根錨索軸向設(shè)計(jì)拉力1 800 k N，11排錨索設(shè)計(jì)總拉力為19 800 k N，單寬滑體上的設(shè)計(jì)拉力為3 960 k N，大于所需軸向拉力。

3.3 邊坡開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程數(shù)值模擬

對(duì)邊坡開(kāi)后采取錨索支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬，圖10為給支護(hù)后，計(jì)算模型中不平衡力隨計(jì)算荷載步的變化曲線(xiàn)，可以看出：每級(jí)邊坡開(kāi)挖后，計(jì)算都能迅速收斂，說(shuō)明邊坡開(kāi)挖支護(hù)后整體穩(wěn)定性較好。

圖11為支護(hù)后，邊坡內(nèi)水平向變形等值線(xiàn)圖。由圖11可見(jiàn)，邊坡采用支護(hù)后最大水平向變形只有約5 c m。圖11中還給出了各排錨索荷載分布圖，圖中標(biāo)注的數(shù)字為各級(jí)開(kāi)挖面上錨索最大軸向出力［10］。從錨索荷載分布可以看出，第四級(jí)、第三級(jí)邊坡上錨索出力要大于第二級(jí)、第一級(jí)邊坡上錨索出力；第四級(jí)邊坡上，錨索最大出力為1 579 k N，小于設(shè)計(jì)荷載1 800 k N。

圖10 按原方案支護(hù)情況下不平衡力隨荷載步變化曲線(xiàn)

圖11 支護(hù)結(jié)束后水平向變形等值線(xiàn)圖及錨索荷載分布圖

圖12 為支護(hù)結(jié)束后，坡體內(nèi)塑性區(qū)分布?？梢钥闯?，邊坡整體變形較小；且塑性區(qū)未貫通，說(shuō)明邊坡整體穩(wěn)定性較好。

圖12 支護(hù)后坡體內(nèi)塑性區(qū)分布圖

4 結(jié)論及建議

綜合采用工程地質(zhì)分析、極限平衡分析、數(shù)值模擬分析等手段，同時(shí)結(jié)合對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料的解析，基本查明了該高邊坡變形機(jī)制、變形過(guò)程及變形特征，邊坡在不同階段、不同情況下的穩(wěn)定狀態(tài)，以及采取錨索支護(hù)措施對(duì)限制邊坡變形、維持邊坡穩(wěn)定的作用過(guò)程及效果。

研究結(jié)果表明：

（1）該高邊坡滑移面為第四系與基巖交界面，即第四系下界面。

（2）在第四系滑移體內(nèi)布置11排列間距為5 m的1 800 k N級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案提供的抗滑力能夠平衡潛在滑移體的剩余下滑力，使邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）邊坡開(kāi)挖施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)地表水、地下水的疏排。

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