姚艷領(lǐng)

（昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

Bishop法滑坡穩(wěn)定性分析及滑坡治理

姚艷領(lǐng)

（昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

采用有限元Bishop法定量評價公路邊坡的穩(wěn)定性，依據(jù)勘察資料建立分析計算模型，分析在天然狀態(tài)下土壤特性，獲得物理參數(shù)，并建立多個坡段，選擇多個坡面節(jié)點和附加節(jié)點，進而提高建立模型的準(zhǔn)確度。通過運算定量獲得邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，并獲得在降雨和地震情況下的穩(wěn)定性，為定量分析邊坡穩(wěn)定性提供了參考依據(jù)，并為治理措施的選擇提供了針對性較強的量化依據(jù)。

Bishop法；滑坡；穩(wěn)定性；治理

0 前 言

伴隨著基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善和交通建設(shè)等級的越來越高，我國城市化進程和社會發(fā)展已越來越快，交通安全威脅的壓力越來越大。尤其是我國的中西部地區(qū)，邊坡的穩(wěn)定性一直是公路安全的重要隱患。公路滑坡發(fā)生后將嚴(yán)重影響公路交通，甚至造成重大的事故和人員傷亡事故。我國每年因崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失達(dá)數(shù)百億元。因此對公路滑坡的穩(wěn)定性分析和治理是非常必要的［1-3］。

目前用于滑坡體穩(wěn)定性評價的方法主要有基于極限平衡的條分法和基于強度折減概念的有限單元數(shù)值分析法。有人采用有限元對邊坡穩(wěn)定性進行了評價分析［4-8］。本文采用有限元Bishop法對鹽米路邊坡進行穩(wěn)定性評價。

1 概 況

鹽米路k75+60處邊坡治理工程勘查區(qū)位于米易縣白坡彝族鄉(xiāng)張門扎村，該道路是連接鹽源至米易的主要交通要道，由于季節(jié)性連續(xù)降雨或暴雨沖刷導(dǎo)致該段公路路基及下邊坡出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，對交通安全造成了嚴(yán)重影響，對行車行人造成了極大的安全隱患，亟需采取有效工程措施對該路段進行防護治理。

1.1 自然地理

白坡彝族鄉(xiāng)位于四川省米易縣西北部，東經(jīng)102.099 98（。），北緯27.083 37（。），距米易縣城50 km，該公路邊坡位于鹽米路。邊坡長約76 m，寬約82 m，面積約 0.007 km2。區(qū)內(nèi)高程1 276.94～1 330.15 m，相對高差約53 m，屬構(gòu)造剝蝕地區(qū)中山地貌。地勢自北西向南東由陡變緩，呈向北西西傾斜的單面坡，地形主要受到強烈的剝蝕作用和部分的冰川刨蝕作用影響，較為陡峻，地形坡度一般為35（。）～70（。），年降雨量760～1 200 mm。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)勘察區(qū)地層主要為：

第四系全新統(tǒng)（Q4）：填土（Q4 ml），殘坡積（Q4el +dl）碎石、礫類土等，三疊紀(jì)寶頂組（T3bd）煤巖、碳質(zhì)板巖。其中以第四系地層出露最廣，其巖性和巖土體工程地質(zhì)特征按時代由新至老敘述如下

1） 第四系全新統(tǒng)（Q4）

a 填土（Q4m l）

灰—深灰，成分以黏性土為主，含碎石及角礫等，稍濕，松散，主要分布在公路沿線及坡底，主要是道路修建時開挖山體堆填而成。厚度1.2～17.3 m。

b 碎石（Q4el+dl）

灰色～淺黃色，稍密，稍濕，成分主要為砂巖、灰?guī)r。次圓狀～次棱角狀，粒徑3～60 cm，含量漂卵石70％～75％，其余為礫石及砂土。只有ZK-6有揭露，揭露厚度3.1m。

c 礫類土（Q4el+dl）

深灰—灰黑—黑色，稍濕，稍密～中密、可塑～硬塑，礫石成分以碳質(zhì)板巖為主，含少量灰?guī)r、砂巖，主要分布于滑坡體范圍內(nèi)，勘查揭露厚度1.60～11.5 m。

2） 三疊紀(jì)寶頂組（T3bd）

a 煤巖（T3bd）：灰黑—黑色，稍濕，可塑，含有煤層夾層，該層只在ZK-1中有揭露，層厚為2.4 m。

b 碳質(zhì)板巖（T3bd）

①全風(fēng)化碳質(zhì)板巖（T3bd）：主要分布于礫類土（Q4el+dl）之下，埋深4.40～19.90 m。呈灰黑～黑色，硬塑。為軟質(zhì)巖石。風(fēng)化后巖石多呈碎粒狀、碎屑狀?？辈榻衣蹲畲蠛穸?1.1 m。

②強風(fēng)化碳質(zhì)板巖（T3bd）：埋深5.60～22.0 m。呈灰黑—黑色，硅質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為長石、云母及一些暗色礦物，節(jié)理較發(fā)育、巖體破碎，巖心多呈碎塊狀、塊狀，少量呈餅狀。軟質(zhì)巖石。錘擊即碎，局部巖體較硬?？辈榻衣逗穸?.2～3.6 m。

③中風(fēng)化碳質(zhì)板巖（T3bd）：呈灰黑～黑色，硅質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為長石、云母及一些暗色礦物，巖心多呈柱狀、短柱狀。巖質(zhì)較為堅硬，敲擊聲較脆，有明顯回彈。該層在區(qū)內(nèi)廣泛分布，本次鉆探未揭穿該層。

1.3 巖土物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)土工試驗并結(jié)合當(dāng)?shù)氐乜辈楣ぷ鹘?jīng)驗，該區(qū)域巖土物理力學(xué)指標(biāo)值如下表所示。

表1 主要巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性計算

根據(jù)路堤邊坡發(fā)生的地質(zhì)背景，由于路堤邊坡局部垮塌導(dǎo)致局部表層出現(xiàn)裂縫，提高了路堤邊坡土體的透水性，使路堤邊坡體成為含水體。在暴雨、持續(xù)降雨或加工況下，路堤斜（邊）坡的變形破壞模式為圓弧形。就目前狀態(tài)而言，在水下滲作用下，造成路堤邊坡體大量充水使其穩(wěn)定性降低是路堤邊坡體產(chǎn)生再次失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素。計算中滑裂面形狀采用圓弧滑動。土條重切向分力與滑動方向反向時：當(dāng)下滑力對待。穩(wěn)定計算目標(biāo)： 自動搜索最危險滑裂面，條分法的土條寬度2 m，搜索時的圓心步長2 m，搜索時的半徑步長1 m。

2.2 坡面信息

根據(jù)該公路邊坡的實際情況，將邊坡分成11個坡面，建立模擬模型計算出水平投影和豎直投影。其坡面信息如表2所示。

2.3 土層信息

根據(jù)該公路地質(zhì)的實際情況，在所建立的模型中，建立坡面節(jié)點12個，附加節(jié)點11個，不同土性區(qū)域4個，各點信息和土性區(qū)域信息如表3 ～ 4所示。

2.4 計算結(jié)果

通過采用Bishop法評價該邊坡的穩(wěn)定性后，發(fā)現(xiàn)降雨和地震對該邊坡的影響很大，降雨和地震使巖土的抗剪性急劇減小，穩(wěn)定性系數(shù)從大于1降低到小于1。邊坡的總體下滑力發(fā)生了變化，這與邊坡穩(wěn)定性理論分析較為一致。數(shù)據(jù)結(jié)果見表5。

表2 坡面信息

表3 坡面節(jié)點信息

表4 不同土性區(qū)域土性參數(shù)

表5 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

3 措 施

1） 連續(xù)降雨或暴雨雨水的沖刷是導(dǎo)致該路基及邊坡毀壞的主要觸發(fā)因素，因此建議可根據(jù)地形在道路上邊坡設(shè)置環(huán)形排水溝及表面設(shè)置枝狀排水系統(tǒng)，將道路上邊坡坡面的地表水?dāng)r截匯集，統(tǒng)一迅速排泄，徹底解除地表水的沖刷問題。

2） 建議對該段水毀垮塌道路進行專項治理，工程施工前應(yīng)先對道路路基沉陷垮塌路段填料挖除并進行土質(zhì)置換，采用分層夯實（壓實）至路基頂面再修筑路面。采用壓路機壓實時，壓實度應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。邊角、邊坡部位如采用小型機具壓實時，壓實度不應(yīng)小于92％。

3） 支擋措施建議

a該邊坡在自然狀況下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震作用下，隨時都有可能產(chǎn)生垮塌，造成直接的威脅，因此應(yīng)及時采取有效措施進行治理。由于邊坡地形較陡，考慮到該區(qū)屬于地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜地區(qū)，建議采用擋土墻或樁板擋墻對坡面進行防護加固處理。b施工時，應(yīng)盡量避免對邊坡巖土體的大量擾動，若采用擋土墻作為工程支檔方案時，基礎(chǔ)開挖時不宜全段連續(xù)開挖，建議采取分段跳槽作業(yè)的方法進行施工。若采用樁板擋墻治理方案時，建議采用跳樁開挖的作業(yè)方法進行施工。

4） 在支檔工程施工期間，建議對邊坡巖土體進行變形觀測，及時了解施工對邊坡的影響。

5） 建議采用承載力高的中風(fēng)化為持力層。

6） 因鉆孔揭露有煤巖層，如果施工需要挖樁時，在開挖揭穿覆蓋層進入基巖后，需注意加強有害及易燃易爆氣體的監(jiān)測，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及時采取送風(fēng)排氣等措施。

7） 如有地下水滲入時應(yīng)及時采取施工期的臨時降排水措施，以保障施工人員及設(shè)備的安全。

4 結(jié) 論

針對土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評價采用有限元Bishop法對其進行評價，能夠很好的結(jié)合該區(qū)域的特征，進行定量的評價，最大限度的結(jié)合實際情況，使預(yù)測結(jié)果最大程度接近實際情況。在工程實踐中也充分證實了Bishop法與實際的吻合程度非常之高。Bishop法在運算中還可以進一步引入地下水和降雨的影響，以及考慮地震對其的滑坡的貢獻程度。因此在定量評價公路滑坡的穩(wěn)定性時，采用Bishop法有很好的借鑒指導(dǎo)意義。

［1］ 蔣堃，徐超.復(fù)雜地形條件下填方路基穩(wěn)定性分析與設(shè)計［J］.長江科學(xué)院院報，2014，31（3）：142-146.

［2］ 劉海波，劉玉麗，林大超，等.基于Bishop法基礎(chǔ)上的土質(zhì)邊坡有限元強度折減法的適用性探討［J］.公路，2010，（3）：15-18.

［3］ 許年春，伍培，趙寶云，等.一個能夠優(yōu)化邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)計算的解析式［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41（6）：59-61.

［4］ 溫樹杰，孫加平，胡國保，等.改進最小勢能法與Bishop法邊坡穩(wěn)定計算對比分析［J］.人民長江，2015，46（22）：45-48.

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［6］ 李俊，彭振斌，周斌.利用差分法計算基于Bishop分析模式的邊坡穩(wěn)定可靠度［J］.礦業(yè)工程，2008，28（6）：11-14.

［7］ 蔣斌松， 康偉.邊坡穩(wěn)定性中BISHOP 法的解析計算［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，37（3）：287-290.

［8］ 王軍，謝桂華，李繼祥.邊坡穩(wěn)定性分析的廣義Bishop法［J］.江蘇科技大學(xué)學(xué)報（ 自然科學(xué)版），2009，23（4）：297-300.

Bishop M ethod for Stability Analysis and Landslide Control

YAO Yanling
（Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650093，China）

Taking fnite element Bishop method to evaluate the highway slope stability quantif cationally， to set up the analytic model based on the investigation data . Analysis soil properties in natural condition， obtain the physical parameters， and establish multiple slope section， select multiple slope node and additional nodes， so as to improve the accuracy of model. The stability factor of the slope is obtained quantif cationally through calculation， meanwhile， the stability of the slope is obtained under the conditions of rainfall and earthquake， which provide a reference basis for quantitative analysis of the slope stability， and to provide a strong basis for the choice of governance measures.

Bishop method；Landslide；Stability；Treatment

TD854.+6

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.011

2016-06-22

姚艷領(lǐng)（1989-），男，漢族，河南人，昆明理工大學(xué)，碩士，研究生 ，研究方向：地質(zhì)工程，手機：18487147759，E-mail：18487147759 @163.com.