徐江波

摘要：本文通過(guò)榆林市靖邊縣某黃土高陡邊坡典型案例，在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，利用Geostudio/Slope（2012）軟件進(jìn)行天然狀態(tài)、考慮荷載/考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨等三種工況下邊坡穩(wěn)定量和應(yīng)力應(yīng)變分析，提出以削方減載加坡面整治為主的綜合治理措施。

關(guān)鍵詞：黃土;高陡邊坡;穩(wěn)定性分析

Abstract： Based on the detailed investigation of typical case of the high and steep loess slope in Jingbian county， Yulin city， the software Geostudio/Slope （2012） was used to analyze the slope stability and stress-strain under three working conditions： natural state， load and continuous rainfall or rainstorm. Comprehensive management measures are proposed， which mainly focus on cutting load and improving slope stability.

Keywords： Loess; high and steep slopes; stability analysis

一、引言

近年來(lái)，在黃土地區(qū)特別是陜北，隨著建筑物的大量興建和人們對(duì)空間的不斷開(kāi)發(fā)、利用，黃土高陡邊坡越來(lái)越多。由于對(duì)黃土邊坡復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足，加上黃土本身的特殊性，邊坡工程事故頻發(fā)，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)及人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。巖土工程界普遍認(rèn)為引起邊坡失穩(wěn)事故的主要原因是工程地質(zhì)勘查存在問(wèn)題、邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題、邊坡施工存在問(wèn)題及邊坡工程在使用中存在問(wèn)題[1]。工程地質(zhì)勘查的目的就是為設(shè)計(jì)及施工提供工程地質(zhì)依據(jù)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性的判定對(duì)設(shè)計(jì)及施工均具有指導(dǎo)意義。

對(duì)高陡邊坡段釗等[2-3]分別從彈塑性變形、應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系方面研究黃土特性。胡晉川[4]、孫超等[5]從突變等研究了黃土高原區(qū)滑坡和崩塌的發(fā)育類型、形成特征及分布特征。劉保健等[6]理論研究黃土邊坡穩(wěn)定性分析方法。榆林作為毛烏素沙漠和黃土梁峁丘陵區(qū)的過(guò)渡地帶，該地區(qū)黃土高陡邊坡穩(wěn)定性研究的相關(guān)文獻(xiàn)不多。本文選擇靖邊縣某典型黃土邊坡作為研究對(duì)象，在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，利用Geostudio/Slope（2012）軟件對(duì)該高陡邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的工程治理措施，并對(duì)治理效果進(jìn)行驗(yàn)算。

二、工程概況

研究區(qū)地貌單元屬靖邊縣中部梁峁?jié)镜貐^(qū)，屬堆積剝蝕地形，地表形態(tài)以黃土梁峁為主，梁緩澗寬，梁澗相間。屬半干旱內(nèi)陸季風(fēng)氣候，四級(jí)變化明顯，年平均氣溫8.8 ℃，絕對(duì)最高溫度36.4 ℃，絕對(duì)最低溫度-27.3 ℃。年平均降雨量384.7 mm，最大日降雨量113.2 mm，主要集中7、8、9三月。年平均蒸發(fā)量1957.9 mm。年平均蒸發(fā)量1957.9 mm?？h內(nèi)風(fēng)多且大，年平均風(fēng)速為2.3 m/s，最大風(fēng)速16.0 m/s。風(fēng)向以南風(fēng)居多，西風(fēng)次之。地面溫度11.0℃，絕對(duì)最高溫度68.4 ℃，絕對(duì)最低溫度-37.1 ℃。標(biāo)準(zhǔn)凍深79 cm，最大凍土深度115 cm。

研究區(qū)地層主要為第四系晚更新統(tǒng)沖黃土狀土（Q3al）、中生界白堊系下統(tǒng)志丹群洛河組（K1L）砂巖組成，呈典型黃土+基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，勘探深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水，如圖1所示。

三、穩(wěn)定性分析

（一）邊坡穩(wěn)定量計(jì)算分析

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算選用Geostudio/Slope（2012）軟件的畢肖普法，選取坡體1-1～3-3典型斷面對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析。計(jì)算時(shí)分為三種工況，即工況I（天然狀態(tài)）、工況II（考慮荷載）與工況III（考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨）等。同時(shí)，由于邊坡后緣平臺(tái)已出現(xiàn)拉張裂縫，計(jì)算時(shí)以裂縫為潛在滑裂面邊界，如表1、表2所示。

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，結(jié)合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）表5.3.1與《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GBT32864-2016）表7針對(duì)邊坡或滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分依據(jù)可以看出，該邊坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)1.073～1.098，均值1.089，處于基本穩(wěn)定狀態(tài);考慮荷載后其穩(wěn)定系數(shù)為0.932～1.017，均值0.987，處于不穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)考慮荷載與連續(xù)降雨或暴雨共同作用時(shí)其穩(wěn)定系數(shù)為0.809～0.972，均值0.902，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，綜合判定該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（二）邊坡應(yīng)力應(yīng)變分析

為了分析邊坡的應(yīng)力應(yīng)變情況，選用Geostudio/Sigma（2012）軟件，根據(jù)邊坡坡型及地質(zhì)結(jié)構(gòu)建立了1-1～3-3數(shù)值分析模型，模型左右兩側(cè)采用水平約束，底部邊界采用水平與豎直均約束條件，同時(shí)選用6節(jié)點(diǎn)三角形平面應(yīng)變單元進(jìn)行網(wǎng)格剖分。假定巖土體為彈塑性體，破壞準(zhǔn)則選用摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則。計(jì)算時(shí)分為三種工況，即工況I（天然狀態(tài)）、工況II（考慮荷載）與工況III（考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨）等。

不同工況下的最大位移及剪應(yīng)力值統(tǒng)計(jì)列于表4。

由表4可以看出，施工完成后，即邊坡最大剪應(yīng)力由工況I的342.91 kPa增加到工況III的1565.34 kPa，其剪應(yīng)力增加1222.43 kPa，而水平最大位移由工況I的1.03 m增加到工況III的1.47 m，其水平位移量增加0.44 m。由此可以看出，施工對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，建議加強(qiáng)邊坡的工程防護(hù)。

四、工程治理措施

前已述及，目前該邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡后緣已出現(xiàn)裂縫，加之邊坡上部呈直立狀，黃土狀土極易出現(xiàn)崩（滑）塌災(zāi)害，因此，建議對(duì)該邊坡采取削方減載、坡面整治及修筑截排水措施等綜合治理方案。

（一）削方減載

根據(jù)前述分析可以看出，該段邊坡所處地質(zhì)環(huán)境較為特殊，即三面臨空地形地貌、土體濕陷性及垂直節(jié)理發(fā)育的地質(zhì)條件，邊坡后緣已出現(xiàn)裂縫，加之邊坡頂部存在危巖體。因此，為了保證該索塔邊坡的穩(wěn)定性，建議對(duì)其進(jìn)行削方卸載，削方邊界最小應(yīng)至坡頂平臺(tái)裂縫處，且將邊坡頂部危巖體清除。

同時(shí)，為了分析削方后邊坡穩(wěn)定性變化情況，對(duì)其重新進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算時(shí)考慮索臺(tái)的兩種實(shí)際工況，即工況II（考慮荷載）與工況III（考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨）。計(jì)算參數(shù)選取見(jiàn)表1，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5計(jì)算結(jié)果，邊坡削方卸載后，考慮荷載作用下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.16～1.35，均值1.23，處于穩(wěn)定狀態(tài);考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨共同作用下邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.05～1.26，均值為1.13，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（二）邊坡坡面整治及防護(hù)措施

邊坡上部黃土狀土呈直立狀，部分脫離母巖呈孤立狀，極易發(fā)生崩塌。通過(guò)削方處理可將裂縫與直立狀的危險(xiǎn)消除掉。但由于場(chǎng)地所限，削方后形成的邊坡坡度較大（55°），穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表明，邊坡削方卸載后，考慮荷載作用下的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，考慮荷載及連續(xù)降雨或暴雨共同作用下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。為了保證削方邊坡的穩(wěn)定性，建議采用混凝土格構(gòu)進(jìn)行坡面穩(wěn)定，同時(shí)，坡面栽植適宜當(dāng)?shù)貧夂驐l件的耐旱耐寒耐貧瘠的灌木花草進(jìn)行植被防護(hù)，以達(dá)到既能保證坡面穩(wěn)定性，又能恢復(fù)遭受工程破壞區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7]。

邊坡中下部淺層崩塌體的整治及防護(hù)。由于邊坡中下部崩塌體厚度較薄且呈現(xiàn)出上薄下厚，且崩塌體土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)疏松，在早期降雨入滲及沖刷作用下，坡面發(fā)育了較多的沖蝕溝、落水洞、塌陷及暗穴等。同時(shí)，披覆于砂巖之上崩滑坡積物，阻止了內(nèi)部泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕，完全清除不既不經(jīng)濟(jì)且不安全，因此，建議采用人工自上而下對(duì)坡面的落水洞、塌陷及暗穴進(jìn)行夯實(shí)處理，并采取混凝土格構(gòu)固定坡面，在此基礎(chǔ)上，栽植適宜當(dāng)?shù)貧夂驐l件的耐旱耐寒耐貧瘠的灌木花草，減少坡面泥流及水土流失防止坡面沖刷。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)坡面的排水措施。

（三）截排水措施

1. 對(duì)施工區(qū)地表進(jìn)行硬化處理，其次設(shè)置截排水渠，防止水流入滲。

2. 將水流引入北側(cè)或東側(cè)的天然沖溝內(nèi)排出臺(tái)面，嚴(yán)禁水流進(jìn)入邊坡體，造成下部坡面沖刷。

五、結(jié)論

通過(guò)分析可以看出，影響黃土高陡邊坡穩(wěn)定性的因素主要有內(nèi)在因素（黃土濕陷性、邊坡坡度、地下水）和外部因素（地震、工程荷載、人為因素）等。其中內(nèi)在因素起控制性作用，外部因素起誘發(fā)作用[8]。

削方減載可以極大地降低邊坡在暴雨及外部荷載情況下失穩(wěn)的可能性，在保證安全的前提下，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況采取經(jīng)濟(jì)合理的治理措施。

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