李浪平

(湘潭市勘測(cè)設(shè)計(jì)院 湖南 湘潭 411100)

邊坡穩(wěn)定是路橋建設(shè)和維護(hù)施工中重要的組成部分，隨著勘查技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段主要采用有限元對(duì)邊坡進(jìn)行分析，可以得到邊坡的變形規(guī)律及應(yīng)力的變化特點(diǎn)[2]。其優(yōu)勢(shì)是不僅能分析邊坡應(yīng)力、位移及塑性區(qū)等特征，還能給出穩(wěn)定性系數(shù)、分析變形破壞的演化模式及范圍[3]。

一、工程概況

圖一 圖二

擬建工程為S312公路，屬于重要干線公路，等級(jí)為二級(jí)，路面寬度為12m。受連續(xù)降雨等影響，該公路在K34+700處道路北側(cè)邊坡發(fā)生了坍塌，坍塌段邊坡長(zhǎng)約143m，對(duì)應(yīng)公路樁號(hào)為K34+676～K34+819，邊坡切面高約6m～24m，傾向西南，坡角為65°～80°，目前該路段未進(jìn)行支護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)K34+753處巖體已崩塌和K34+787處坡頂至坡腰已產(chǎn)生圓弧滑移。詳見如上圖。

二、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

(一)工程地質(zhì)條件

巖質(zhì)邊坡，具有顯著的漸進(jìn)破壞特點(diǎn)，邊坡不同位置的結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)有著較大的差異。工程勘察對(duì)其物理力學(xué)特性做出科學(xué)的分析，得出以下巖土工程參數(shù)推薦值。

指標(biāo)參數(shù)值土層 飽和重度(KN/m3)彈性模量E/GPa壓縮模量Es(MPa)泊松比滲透系數(shù)K*10-6cm/s抗剪強(qiáng)度指標(biāo)推薦值?(度)C(KPa)填筑土①18.5*2.5500*10.0*8.0*粉質(zhì)粘土②20.16.738.915.930.9強(qiáng)風(fēng)化板巖③23.5*250.30200*25.0*28.0*中風(fēng)化板巖④26.2450.2080*30.0*40.0*構(gòu)造裂隙L120.030.0構(gòu)造裂隙L220.030.0巖土交界層15.020.0

(二)水文地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘測(cè)，目前場(chǎng)地未見明顯地表水系，勘測(cè)鉆孔內(nèi)未見明顯地下水，但在坡面巖壁上有少量地下水滲出，呈點(diǎn)滴狀。

工程所在地全年風(fēng)向頻率最大(19%)為NNW風(fēng)，年平均風(fēng)速2.4m/s，最大可達(dá)20m/s。年平均降雨量集中在3～7月，降雨量在1500mm/年左右，梅雨季節(jié)為4～6月，年平均氣溫17.3℃；地貌為丘陵山地，邊坡位于公路的東北側(cè)，東南側(cè)山丘頂部高程為200m左右，與坡腳相對(duì)高差為60m左右，山坡坡面植被良好，坡面呈“U”型，匯水面積為7500m2左右。根據(jù)工程地質(zhì)勘測(cè)，目前場(chǎng)地未見明顯地表水系，勘測(cè)鉆孔內(nèi)未見明顯地下水，但在坡面巖壁上有少量地下水滲出，呈點(diǎn)滴狀。

三、邊坡穩(wěn)定性分析

(一)定性分析

本工程邊坡主要由巖質(zhì)邊坡和土巖組合邊坡構(gòu)成，根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)，邊坡巖層主要發(fā)育有兩組構(gòu)造節(jié)理：L1：WS170～195°∠55～60°；L2:EN60～70°∠75～80°。部分巖體裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，呈鱗片、碎屑狀，含泥質(zhì)物，巖體極破碎且強(qiáng)度差，由于坡面局部破碎帶巖體長(zhǎng)期裸露，在外部自然環(huán)境影響下出現(xiàn)進(jìn)一步風(fēng)化、崩落，而被裂隙切成塊狀的碎石，會(huì)由于自穩(wěn)能力不足，發(fā)生巖塊崩落進(jìn)一步導(dǎo)致坡體出現(xiàn)崩塌。土質(zhì)坡體，填筑土受人工活動(dòng)等影響，土質(zhì)較松散，粉質(zhì)粘土水理性較差，受水浸泡易軟化，長(zhǎng)期受大氣降水及生物作用等因素影響，其強(qiáng)度進(jìn)一步變差，尤在土層與基巖面交界處因含水量大，土質(zhì)明顯更軟，從而引發(fā)沿基巖面滑動(dòng)的地質(zhì)災(zāi)害。

(二)定量分析

采取邁達(dá)斯GTS軟件建模，模擬邊坡現(xiàn)狀，根據(jù)勘察提供的巖土參數(shù)計(jì)算分析，得到邊坡總體穩(wěn)定性如下圖所示：

計(jì)算表明邊坡在非正常工況下，通過位移云圖可以得出邊坡的變形方向[(圖3)所示沿基巖面滑動(dòng)，(圖4)所示沿著構(gòu)造裂隙掉塊],安全系數(shù)為Fs值為0.88和0.79，為不穩(wěn)定邊坡。

根據(jù)定性和定量分析比較，此段邊坡為不穩(wěn)定邊坡，需進(jìn)行支護(hù)。

四、邊坡支護(hù)建議

①建議對(duì)K34+676～K34+740段采取掛柔性鋼絲網(wǎng)等措施，防止巖塊因外力等因素掉落，建議對(duì)K34+740～K34+785段巖質(zhì)邊坡采取噴錨等有效措施進(jìn)行支護(hù)，建議清除K34+771～K34+819段坡頂已滑動(dòng)的第四系土層，并對(duì)上方未滑動(dòng)的采取格構(gòu)式錨桿等有效方式進(jìn)行支護(hù)。

②建議在坡頂設(shè)置設(shè)置截水溝、排水溝、導(dǎo)洪溝等工程措施，同時(shí)注意坡上坡面防水、植被的保護(hù)，以免坡體巖土浸水軟化，保證工程安全。

結(jié)束語

有限元分析法不僅可以得到邊坡的安全系數(shù),還可以給出臨界滑動(dòng)面,且擺脫了極限平衡法假設(shè)條件過多、過于剛性的缺點(diǎn),具有更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)[5]。本工程邊坡穩(wěn)定性經(jīng)有限元分析，從可行性、工程造價(jià)、施工難度及工期等方面綜合考慮，基本確定了邊坡的有效支護(hù)方式，邊坡支護(hù)施工過程中應(yīng)實(shí)施信息化施工，對(duì)邊坡的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解和掌握整個(gè)場(chǎng)地動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)作出反應(yīng)，研究相應(yīng)對(duì)策，解決出現(xiàn)問題，并把獲得的信息通過修改設(shè)計(jì)反饋到施工中去，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，提高支護(hù)方案的科學(xué)性和合理性，確保施工順利進(jìn)行以及邊坡的穩(wěn)定。