王鵬

摘要：指出了新疆天山是一個地震活躍的地區(qū)，且公路某些邊坡會受到低強度泥巖的影響。為確保泥巖下的公路邊坡安全，對邊坡穩(wěn)定性進行了數(shù)值評估，分析了物理力學性質和坡角對邊坡安全系數(shù)的影響。通過對不同角度的斜坡的靈敏度分析，認為斜坡的穩(wěn)定性對泥巖的內聚力比對材料密度和內部摩擦角更敏感。分別在靜力條件和地震條件下，總結了不同坡角和內聚力作用下的安全系數(shù)（Fs），繪制了安全系數(shù)等高線圖來表示穩(wěn)定邊界，并對靜力條件和地震條件進行了比較。

關鍵詞：邊坡穩(wěn)定性;數(shù)值評估;敏感性分析;擬靜力分析;泥巖

中圖分類號：TU411文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0259-03

1引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和“一帶一路”倡議的實施，基礎設施建設力度逐步加大，尤其是公路建設步伐明顯加快，公路建設已逐漸向西部高地震烈度、地質條件較差的地區(qū)推進，西部山區(qū)公路具有線路長、邊坡數(shù)量多、邊坡工點資料匱乏、施工工期緊短等特點。因此對公路邊坡穩(wěn)定性進行快速且準確的評價顯得尤為重要。

邊坡穩(wěn)定性分析方法大致可分為兩類：即定性分析法和定量分析法。其中定性分析法即通過實地工程地質勘察，對邊坡失穩(wěn)的主要因素、可能的破壞形式、易變形地質體的成因和演化史進行分析，從而給出被評價邊坡的一個穩(wěn)定性狀況及其可能發(fā)展趨勢的定性說明和解釋。定性分析法具有能夠快速對邊坡的穩(wěn)定狀況及其發(fā)展趨勢做出評價的優(yōu)點，但也存在一定的缺陷，在對邊坡穩(wěn)定進行評價時人為主觀因素太多。近些年來，隨著計算方法和計算機技術的飛速發(fā)展，定量分析法中的數(shù)值分析方法被廣泛應用于工程實例中，數(shù)值分析方法能彌補剛體極限平衡法不能求出巖土體應力一應變關系以及與實際工作狀態(tài)不完全相符的不足，且計算結果較精確。

然而，眾多學者在運用不同的數(shù)值分析方法分析邊坡的穩(wěn)定性時，對于材料特性、坡角和地震效應等因素的組合沒有足夠的考慮。本文對不同因素對邊坡穩(wěn)定性的綜合影響進行闡明。

2工程實例

2.1工程簡介

本文研究區(qū)域位于新疆天山地區(qū)，分析路段為WYSJ-1合同段，總體呈現(xiàn)東北一西南走向，該路段為連接天山南北的縱向大通道，線路位于高海拔和高地震烈度地區(qū)，且低強度泥巖分布廣泛，在該地區(qū)常發(fā)生震級較大的地震，震級大于⁶0的強震動可引發(fā)大面積分布的滑坡。低強度的泥巖材料和地震都可能導致滑坡的形成。因此，評估該路段的邊坡穩(wěn)定性是必要的。

2.2邊坡材料的巖土特性

滑坡是否會發(fā)生受許多因素的影響，其中之一是邊坡材料的巖土特性，從鉆孔記錄中可以看出，該公路邊坡為強度較低的泥巖，具體參數(shù)如表1所示，這可能是邊坡發(fā)育的主要因素。所研究邊坡未風化泥巖強度特征值：內摩擦角為25°～30°，粘聚力為25kPa。風化層泥巖強度特征值：內摩擦角為26°～28°，內粘聚力為10kPa。

3物理力學參數(shù)的靈敏度分析

利用極限平衡法，在GeoStudio軟件中考慮10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°這8種不同坡角的簡單邊坡模型如圖1所示。靈敏度分析可以確定邊坡穩(wěn)定性對哪個參數(shù)更敏感。在GeoStudio軟件中的SLOPE/w可以指定材料參數(shù)的取值范圍，并在使用每個參數(shù)值時自動計算安全系數(shù)。材料特性是已知的：容重為18～20kN/m³，粘聚力為10～25kPa，內摩擦角為25～30°。使用Morgenstern—Price方法進行靈敏度分析。Mor-genstern-Price方法同時考慮了力和力矩的平衡，比Bishop法等極限平衡方法更為嚴格。

將靈敏度分析中的所有材料物理力學參數(shù)標準化為介于0.0～1.0之間的值。0.0表示最低值，1.0表示最高值。對于本文，0.0表示粘聚力為10kPa且內摩擦角為25°。1.0表示粘聚力為25kPa且內摩擦角為30°。靈敏度圖（圖2）顯示了不同參數(shù)值下的計算安全系數(shù)。交叉點表示使用所有參數(shù)平均值（表1）時的安全系數(shù)。8個靈敏度圖的結果表明：安全系數(shù)對粘聚力最敏感，對材料容重最不敏感。因此，材料粘聚力被作為特別考慮的影響因素用于進一步的邊坡穩(wěn)定性分析。

4安全系數(shù)計算結果

關于地震效應，應用偽靜力分析來揭示產(chǎn)生慣性力的地震震動加速度的影響。在Geo-Studio軟件的極限平衡法中，這些力作用于每個單元質心的水平和垂直方向。本文只考慮水平慣性力，并將其作為每個單元上的水平力，地震系數(shù)取0.05。

通過建模分別研究了坡角、泥巖粘聚力和地震效應對邊坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)坡角（10°～80°）和泥巖粘聚力（10～25kPa）的變化計算邊坡的安全系數(shù)（Fs）。模型所用的容重和內摩擦角參數(shù)分別為其對應的平均值：容重=19kN/m²，內摩擦角=27.5°。分別對邊坡進行了靜力分析和偽靜力分析。

根據(jù)安全系數(shù)計算結果，繪制安全系數(shù)等值線圖如圖3所示。從圖3中可以看出，當粘聚力小于12kPa時，泥巖邊坡的安全系數(shù)小于1.0;當坡角大于75。時，泥巖邊坡的安全系數(shù)也小于1.0。在工程實踐中，安全系數(shù)值小于1.2被視為是不穩(wěn)定的，因此，由圖3可知，當泥巖粘聚力大于16kPa或坡角小于60。時可認為邊坡是穩(wěn)定的。

考慮地震因素的安全系數(shù)等值線圖如圖4所示。與靜態(tài)條件相比，斜坡更容易失穩(wěn)破壞。當粘聚力小于13kPa時，邊坡的安全系數(shù)小于1.0。當坡角大于65。時，粘聚力小于13kPa的泥巖邊坡的安全系數(shù)小于1.0。結合安全系數(shù)等值線圖表明，在地震條件下，坡度變得更加不穩(wěn)定。

總的來說，安全系數(shù)等值線圖表明：隨著粘聚力的增加和坡角的減小，邊坡變得更加穩(wěn)定。這些等高線圖可以方便地反映實際施工情況，有助于了解邊坡穩(wěn)定情況。

5結語

通過對邊坡材料物理力學參數(shù)的敏感性分析以及不同因素組合下的安全系數(shù)計算得到以下結論。

（1）邊坡安全系數(shù)對粘聚力最敏感，對材料容重和內摩擦角較不敏感，因此在進行邊坡穩(wěn)定分析時，要著重考慮粘聚力對安全系數(shù)的影響。

（2）與靜態(tài)條件相比，在地震條件下，坡度變得更加不穩(wěn)定。隨著粘聚力的減小和坡角的增加，邊坡變得更加不穩(wěn)定。