陳創(chuàng)福

(惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 惠州 516003)

一般高邊坡采用力學(xué)平衡計(jì)算法評價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，它可以得出穩(wěn)定系數(shù)的定量數(shù)據(jù)，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是對于復(fù)雜的高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，由于計(jì)算的邊界條件(范圍)和破壞面巖土參數(shù)難以準(zhǔn)確判定、試驗(yàn)和選取，使計(jì)算結(jié)果的可信度降低[1]。因此，本次高邊坡穩(wěn)定通過定性和定量綜合分析得出。

1 工程地質(zhì)條件

本工程高邊坡主要集中在工程起點(diǎn)處，邊坡開挖高度最大達(dá)70.2 m。根據(jù)沿線踏勘調(diào)查情況，場地地基巖土層自上而下主要為第四系殘坡積土(Qel+dl)及侏羅系砂巖等，按成因時代、巖土分布和結(jié)構(gòu)特征分述如下。

(1)第四系殘坡積土。殘坡積土(層序號3-1)：褐黃色、褐紅色，稍濕～濕，主要由殘坡積碎石土組成，黏著性一般，多呈松散狀。土、石等級為Ⅱ級。

(2)基巖。基巖為侏羅系砂巖，主要出露強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶。

強(qiáng)風(fēng)化巖體(層序號4-1)：呈灰褐色、紫紅色，濕，層狀構(gòu)造，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙發(fā)育，主要為泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)基本破壞,膠結(jié)性較差，錘擊聲啞，無回彈，屬軟巖，巖層較破碎，多呈碎塊狀。巖石基本質(zhì)量分級為Ⅴ級，土、石等級為Ⅳ級。

弱風(fēng)化巖體(層序號4-2)：呈灰褐色、紫紅色，濕，層狀構(gòu)造，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，主要為泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)性較差，錘擊聲較啞，輕回彈，屬較軟巖，巖層較完整，多呈中薄層狀。巖石基本質(zhì)量分級為Ⅳ級，土、石等級為Ⅴ級。

場地巖層產(chǎn)狀320°～2°∠13°～14°。地下水類型主要為賦存于第四系松散土層中的孔隙水及風(fēng)化砂巖中的基巖裂隙水，場地內(nèi)基巖裂隙水較發(fā)育，根據(jù)含水層的特點(diǎn)，該工程區(qū)地下水主要為潛水，直接受大氣降雨的入滲補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化影響顯著。

高邊坡巖土層的物理力學(xué)參數(shù)采用值見表1。

2 高邊坡設(shè)計(jì)斷面

由于邊坡起點(diǎn)與已完建段高邊坡相接，本次設(shè)計(jì)沿用大開挖方案，在邊坡穩(wěn)定的前提下，采用錨桿框格梁防護(hù)。即高程71.51 m以下邊坡坡率為1∶1(共5級)，高程87.51 m以下2級邊坡坡率為1∶1.25，高程87.51 m以上部分邊坡坡率為1∶1.5(共2級)，每8.00 m高設(shè)一級平臺，小平臺大平臺間隔布置，小平臺寬2.00 m，大平臺寬6.00 m和4.00 m，邊坡采用錨桿框格梁防護(hù)，錨桿為普通鋼筋錨桿，長度有4.50 m、6.00 m和9.00 m三種規(guī)格，錨桿布置于框格梁交匯點(diǎn)處。框格梁采用菱形布置，間距2.50 m×2.50 m，坡面采用掛網(wǎng)植草。坡頂設(shè)0.30 m底寬梯形排水溝，坡面約隔50.00 m設(shè)急流槽一處，平臺內(nèi)側(cè)設(shè)0.40 m×0.40 m矩形集水溝，雨水收集后經(jīng)急流槽排至坡腳排水溝。

表1 高邊坡巖土層的物理力學(xué)參數(shù)采用值

3 高邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

本次分析采用的方法為赤平極射投影。其原理為：利用一個球體作投影工具，把物體的幾何要素(點(diǎn)、線、面)開始投影于圓球面上，再以南極或北極為發(fā)射點(diǎn)將球面上物體的幾何要素投影于赤道平面上[2-3]。赤平極射投影在工程地質(zhì)和巖土工程中用途很廣，可用它分析各種結(jié)構(gòu)面的相互關(guān)系，判定巖體的穩(wěn)定性。其判別依據(jù)為根據(jù)結(jié)構(gòu)面、坡面在赤平投影上的交互關(guān)系將邊坡巖體穩(wěn)定性分為三類。

(1)穩(wěn)定。兩組結(jié)構(gòu)面的投影交點(diǎn)處于邊坡面的另一側(cè)，此時結(jié)構(gòu)面組合交線，傾向坡里。

(2)基本穩(wěn)定。兩組結(jié)構(gòu)面的投影交點(diǎn)處于邊坡面的同側(cè)，但在開挖面以外，此時結(jié)構(gòu)面交線較邊坡陡。

(3)穩(wěn)定差。結(jié)構(gòu)面的投影交點(diǎn)處于天然邊坡面以外，說明交線較邊坡平緩，但在邊坡上無出露點(diǎn)。

現(xiàn)狀邊坡多為巖質(zhì)邊坡，坡體巖性以強(qiáng)～弱風(fēng)化為主，邊坡坡向坡腳為200°∠85°，層理產(chǎn)狀2°∠14°，巖層面傾向與坡向呈逆坡大角度相交。坡面主要發(fā)育四組節(jié)理，節(jié)理J1：產(chǎn)狀120°∠80°，節(jié)理面較平直，微張，延伸長度約8～11 m，2條/m；節(jié)理J2：產(chǎn)狀136°∠65°，節(jié)理面較平直，微張，延伸約10～15 m，1條/m；節(jié)理J3：產(chǎn)狀225°∠79°，節(jié)理面較平直，微張，延伸約9～11 m，2條/m。節(jié)理J4：產(chǎn)狀2°∠14°，該組節(jié)理與巖層產(chǎn)狀一致，為層理裂隙，7條/m。根據(jù)本次勘查在邊坡范圍內(nèi)實(shí)測的巖層產(chǎn)狀、節(jié)理產(chǎn)狀，繪制其赤平投影圖如圖1所示。

根據(jù)各個邊坡的赤平投影結(jié)果，按赤平投影原理分析，得出該邊坡整體基本穩(wěn)定，局部存在小角度結(jié)構(gòu)面相交，易形成楔形體，存在局部塊體失穩(wěn)的可能。

3.2 定量分析

從現(xiàn)場開挖已形成的邊坡露頭上看，邊坡頂層為殘積土層，下為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖和中風(fēng)化粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖十分破碎，穩(wěn)定性稍差，而中風(fēng)化粉砂巖相對較完整，現(xiàn)場中風(fēng)化巖層的開挖坡率為1∶0.75，穩(wěn)定性很好。由于本次開挖邊坡底層的中風(fēng)化巖層坡率為1∶1，比現(xiàn)場的開挖邊坡要緩，穩(wěn)定性更好。因此，本次從邊坡的局部穩(wěn)定性考慮，選取最不利的土層殘積土和強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖分別進(jìn)行分析計(jì)算[4]。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)，本邊坡相對破碎，采用簡化Bishop法計(jì)算，各工況穩(wěn)定安全系數(shù)要求如下：

正常工況最小安全系數(shù)容許值取K=1.20；非常工況最小安全系數(shù)容許值取K=1.10。

(1)計(jì)算工況。正常工況：①工況1：邊坡處于天然狀態(tài)下的穩(wěn)定，天然水位取87.00 m。非正常工況：②工況2：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的穩(wěn)定，暴雨時水位取95.00 m。③工況3：邊坡處于“地震荷載作用+天然狀態(tài)下”的組合穩(wěn)定，天然水位取87.00 m。④工況4：邊坡處于“地震荷載作用+暴雨?duì)顟B(tài)下“的組合穩(wěn)定，暴雨時水位取95.00 m。

圖1 赤平投影圖

(2)計(jì)算方法及結(jié)果。邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBANK v7.08)》進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算[5]。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)搜索面選擇在殘積土層時的邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表2和圖2，當(dāng)搜索面選擇在強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖層時的邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表3和圖3。

表2 殘積土層時邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

圖2 殘積土層時邊坡穩(wěn)定計(jì)算模型及成果

運(yùn)用工況計(jì)算工況滑弧半徑R/m安全系數(shù)要求安全系數(shù)正常工況天然狀態(tài)11 1432.0161.25暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)11 1432.0161.15非正常工況地震荷載作用+天然狀態(tài)11 1431.8561.15地震荷載作用+暴雨?duì)顟B(tài)11 1431.8561.10

圖3 強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖層時邊坡穩(wěn)定計(jì)算模型及成果

由表2和表3計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)斷面能滿足規(guī)范對運(yùn)行期安全系數(shù)的要求，故該邊坡是穩(wěn)定的、安全的。

4 結(jié) 語

通過定性和定量綜合分析，得出該高邊坡整體和局部都是穩(wěn)定的，坡面采用錨桿框格梁構(gòu)造防護(hù)即可。經(jīng)與完工的現(xiàn)場對比，驗(yàn)證本次高邊坡穩(wěn)定分析綜合采用兩種方法是正確的。