崔中良，張東方，姚艷領(lǐng)

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2. 四川恒盛路橋勘察設(shè)計(jì)有限公司，四川 攀枝花 617000)

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極限平衡法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

崔中良1，張東方2，姚艷領(lǐng)1

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2. 四川恒盛路橋勘察設(shè)計(jì)有限公司，四川 攀枝花 617000)

根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、工程條件等分析，確定邊坡屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)。運(yùn)用剛體極限平衡法，對(duì)一般工況和地震工況下邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，得出一般工況邊坡安全系數(shù)為1.394，地震工況下安全系數(shù)為1.330，顯然在兩種不同工況下，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，與初步分析結(jié)果相同，從而證明極限平衡法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用是可靠的，為以后研究類似工程運(yùn)用此法提供幫助。

極限平衡法；巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性分析

邊坡穩(wěn)定性分析是巖土工程的經(jīng)典問題，而極限平衡法又是經(jīng)典中的經(jīng)典[1-3]。這種方法以Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，將滑坡體分成若干垂直土條，求解安全系數(shù)[4]。濱江大道(元亨段)靠山側(cè)路基上邊坡位于攀枝花市元亨建材城與濱江大道之間，因邊坡中上部發(fā)生局部崩塌，導(dǎo)致坡頂擋墻基礎(chǔ)前混凝土棄渣出現(xiàn)滑移，墻前基礎(chǔ)與混凝土棄渣間縱向開縫明顯，已危及坡下濱江大道上過往行車、行人的安全。因此，急需查明該段邊坡的工程地質(zhì)條件、地下水條件及不良地質(zhì)作用等，并對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性、適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為邊坡病害整治措施提供依據(jù)。本文基于極限平衡法對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

場(chǎng)地屬金沙江河谷谷坡地貌，金沙江河谷大致呈“V”字型。由于場(chǎng)地為市區(qū)，經(jīng)工程建設(shè)活動(dòng)后，已改變了原始地形，現(xiàn)狀地形為臺(tái)階狀。坡頂平臺(tái)為元亨建材城，建筑物距坡頂前緣的距離約為6 m，坡腳為濱江大道，兩者高差約21 m，臺(tái)地間邊坡坡度60(°)～70(°)，局部較陡。坡頂墻前被人工傾倒砼棄渣覆蓋，坡面植被較發(fā)育。

1.2 地層與巖性

經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查及鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)主要分布第四系全新統(tǒng)人工填筑土、海西期輝長(zhǎng)巖，其特征分述如下。

第四系全新統(tǒng)人工填筑土(Q4ml)：呈灰褐色、深灰色、黃褐色、紅色，主要由砼路面結(jié)構(gòu)層、建筑垃圾(棄磚)、墻后回填砂礫等組成。建筑垃圾(棄磚)、墻后回填砂礫、碎石及亞粘土稍濕，松散—稍密，碎塊石含量為60%～70%，呈次棱角狀、棱角狀，粒徑為10～80 mm。砼路面結(jié)構(gòu)層、擋墻砌筑塊石及砼基礎(chǔ)，巖芯呈短柱狀，擋墻砌筑塊石間砂漿清晰可見。

海西期輝長(zhǎng)巖(V43)：為海西期巖漿活動(dòng)形成，基性浸入巖，灰至深灰色，主要礦物成分為輝石及斜長(zhǎng)石，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)—中風(fēng)化。坡面垮塌處風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整程度為破碎，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)類型為碎裂狀結(jié)構(gòu)。鉆孔揭露為中等風(fēng)化，塊狀構(gòu)造，巖體較完整。

1.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地震效應(yīng)評(píng)價(jià)

區(qū)域內(nèi)主要斷裂呈南北向延伸，與康滇地軸的南北向延伸一致。其中以位于場(chǎng)地東側(cè)約26 km的昔格達(dá)斷裂最為重要，該斷裂形成于晉寧期，歷史上曾多次活動(dòng)，是多期巖漿巖浸入的通道。昔格達(dá)斷裂于九道溝(新九)以北分為東西兩支，向南經(jīng)昔格達(dá)、紅格至拉鲊以南，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)150 km，是攀枝花市區(qū)規(guī)模最大、地震活動(dòng)最強(qiáng)的斷裂，其總體走向呈南北，為壓性斷裂。早更新世時(shí)，該斷裂作為邊界對(duì)昔格達(dá)組沉積有明顯的控制，并導(dǎo)致了昔格達(dá)組的變形。晚第四紀(jì)時(shí)斷裂有明顯的活動(dòng)顯示，特別是離場(chǎng)地最近的拉鲊—新九段為全新世活動(dòng)段，并于1955年發(fā)生了6.7級(jí)地震。

雖然場(chǎng)地位于南北向地震帶段，但場(chǎng)地附近區(qū)域未發(fā)生過7級(jí)以上地震。該邊坡較陡，且坡頂前緣設(shè)有擋墻，其后坡頂平臺(tái)最近建筑物距坡頂前緣擋墻約6 m，邊坡中上部的巖質(zhì)坡面已發(fā)生局部崩塌，因此判定該場(chǎng)地為不利地段且場(chǎng)地類型為Ⅱ類場(chǎng)地。

1.4 水文地質(zhì)條件

地表水：區(qū)域內(nèi)最大水體為金沙江，江面寬度近200 m，水深流急，多漩渦，年平均流量1 690 m3/s，水量隨枯、豐水期變化大。一般枯水期在2～5月，月平均流量460～500 m3/s，豐水期在7～10月，平均流量比枯水期大6～12倍，雨季輸沙量達(dá)4 000～5 500 kg/s；金沙江在該段枯水期水位標(biāo)高約980～983 m，豐水期水位標(biāo)高可達(dá)994 m，枯、豐水期水位標(biāo)高相差十余米。

地下水：場(chǎng)地中，在勘察鉆孔的深度內(nèi)均未見有地下水分布，鉆孔內(nèi)填土范圍內(nèi)有少量的上層滯水，為填土層中的孔隙水，受大氣降雨及坡上生活用水補(bǔ)給，水量小。

1.5 不良地質(zhì)作用

邊坡中上部發(fā)生小型崩塌，其特征描述如下：崩塌區(qū)位于邊坡中上部，其距下方濱江大道高度約為10 m，崩塌范圍長(zhǎng)約17 m，高約0.5～5 m，立面呈凸弧狀，崩塌體方量約為30 m3，坡頂擋墻墻腳前砼棄渣層出現(xiàn)約8 cm滑移裂縫。造成崩塌的主要原因?yàn)椋罕浪秶鷮購?qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖，節(jié)理裂隙很發(fā)育，且發(fā)育有順坡節(jié)理，巖體被多組節(jié)理切割成碎裂結(jié)構(gòu)；同時(shí)濱江大道修建時(shí)，邊坡開挖的放坡太陡，強(qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖在長(zhǎng)期外部及內(nèi)部地質(zhì)因素影響及作用下，導(dǎo)致欠穩(wěn)定的巖體部分沿軟弱結(jié)構(gòu)面向下滑塌?；笤斐善马敁鯄δ_前砼棄渣層出現(xiàn)臨空面，失去部分支撐，故而下滑產(chǎn)生裂縫。

2 邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)在查明工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡巖土工程條件，采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法進(jìn)行。

2.1 定性分析

綜合邊坡的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、工程條件等分析，該邊坡目前的穩(wěn)定狀態(tài)為基本穩(wěn)定。因強(qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖，節(jié)理裂隙很發(fā)育，且發(fā)育有順坡節(jié)理，巖體被多組節(jié)理切割成碎裂結(jié)構(gòu)，故而邊坡中上部局部小范圍發(fā)生了崩塌。

2.2 計(jì)算分析

計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 計(jì)算簡(jiǎn)圖

表1為坡線參數(shù)表。

表1 坡線參數(shù)表

表2為巖層參數(shù)及控制界面參數(shù)表。

表2 巖層參數(shù)及控制界面參數(shù)

一般工況下計(jì)算條件：邊坡高度20.350 m，結(jié)構(gòu)面傾角35.0(°)，結(jié)構(gòu)面粘聚力40.0 kPa，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角33.0(°)，張裂隙離坡頂距離0.000 m。運(yùn)用極限平衡法得出的計(jì)算結(jié)果如下：巖體重量為3 246.9 kN，結(jié)構(gòu)面上正壓力為2 659.7 kN，總下滑力為1 862.3 kN，總抗滑力為2 595.4 kN，安全系數(shù)為1.394。

地震工況下計(jì)算條件：地震加速度系數(shù)0.100，地震作用綜合系數(shù)0.250，抗震重要性系數(shù)1.000，邊坡高度20.350 m，結(jié)構(gòu)面傾角35.0(°)，結(jié)構(gòu)面粘聚力40.0 kPa，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角33.0(°)。運(yùn)用極限平衡法得出的計(jì)算結(jié)果如下：巖體重量為3 246.9 kN，結(jié)構(gòu)面上正壓力為2 613.1 kN，總下滑力為1 928.8 kN，總抗滑力為2 565.2 kN，安全系數(shù)為1.330。

綜上所述：一般工況下，邊坡的整體穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)Fs=1.394；地震工況下，邊坡的整體穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)Fs=1.33。邊坡工程安全等級(jí)為二級(jí)，且永久邊坡一般工況最小安全系數(shù)Fst≥1.3，地震工況下最小安全系數(shù)Fst≥1.1[5]。從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、歷史地震背景、不良地質(zhì)作用等分析，擬建場(chǎng)地屬抗震不利地段、場(chǎng)地類別為Ⅱ類，區(qū)域穩(wěn)定性良好、場(chǎng)地穩(wěn)定性較差，基本適宜本工程的建設(shè)。擬建場(chǎng)區(qū)位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1 g，設(shè)計(jì)特征周期為 0.40 s，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。經(jīng)定性和定量分析，該邊坡整體穩(wěn)定，局部欠穩(wěn)定，出現(xiàn)小范圍崩塌。

4 結(jié) 語

極限平衡法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用是可靠的，為以后研究類似工程運(yùn)用此法提供幫助。經(jīng)定性和定量分析，該邊坡整體穩(wěn)定，局部欠穩(wěn)定，出現(xiàn)小范圍崩塌。坡頂混凝土棄渣覆蓋層失穩(wěn)跡象明顯，建議清除。外露強(qiáng)風(fēng)化邊坡坡面建議采取錨噴防護(hù)，崩塌范圍建議采取土釘墻或錨桿擋墻等永久支護(hù)措施進(jìn)行防護(hù)。

[1] 許新權(quán), 鄭南翔, 吳傳海, 等. 基于模糊理論的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)選[J]. 中外公路, 2009, 29(4): 66-69.

[2] 張愛玲, 蔣嵐, 成波. 基于ANSYS的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J]. 四川建筑, 2009, 29(3): 146-147.

[3] 王新忠, 薛小剛, 李寧利, 等. 基于極限平衡法的機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定性分析研究[J]. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 43(4): 89-93.

[4] 黃夢(mèng)宏, 丁樺. 邊坡穩(wěn)定性分析極限平衡法的簡(jiǎn)化條件[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 25(12): 2529-2536.

[5] 張?zhí)鞂? 土坡穩(wěn)定分析和土工建筑物的邊坡設(shè)計(jì)[M]. 成都: 成都科技大學(xué)出版社, 1987.

The Application of the Limit Equilibrium Method in Slope Stability Analysis

CUI Zhongliang1, ZHANG Dongfang2,YAO Yanling1

(1.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.SichuanHengshengRoad&BridgeSurveyandDesignCo.Ltd.,Panzhihua,Sichuan617000,China)

According to the engineering geological conditions, we know hydro geological conditions and engineering conditions of the slope is basically stable. Using rigid body limit equilibrium method for slope stability analysis, we made an evaluation under the general condition and seismic conditions to obtain the slope safety factor. It is 1.394 under the general condition and the safety coefficient is 1.330 under the earthquake. Apparently, under two different conditions, the slope is steady and the consequent is same as the preliminary analysis result, which proved the limit equilibrium method in slope stability analysis, as is reliable to help for later research similar project by using this method.

Limit equilibrium method; Rock slope; Stability analysis

2016-08-05

崔中良(1990-)，男， 河南安陽人，在讀碩士研究生，研究方向：成礦規(guī)律與找礦預(yù)測(cè)，手機(jī)：18468068820，E-mail：18468068820@163.com.

TD854.6

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.047