錢 璞，王 瑞

(1.榆林路橋勘察設計院，陜西 榆林 719000；2.中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100079；3.西安科技大學，陜西 西安 710054)

1 嵐皋縣環(huán)境地質條件

嵐皋縣城坐落于山脈連綿的秦巴山區(qū)，屬于亞熱帶大陸性季風氣候，具有降雨量豐富、四季分明的特點，其中降雨量充沛且主要集中在6～9月份。嵐皋縣多山地分布，其中最高山的海拔為2 640多m，最低山的海拔為332.5 m，海拔高差懸殊較大。整個縣城的地勢東南高西北低，山河交錯縱橫，地勢非常復雜。該地區(qū)山脈眾多，嵐皋縣所在地區(qū)邊坡多以松散堆積為主，在氣候上夏季多雨且集中，在降雨時節(jié)發(fā)生邊坡坍塌、滑坡的可能性增加。在工程建設中，邊坡的危害是不可忽視的，不僅會增加成本，如果處理不當還會造成人員的傷亡和財產(chǎn)的損失。

項目區(qū)位于嵐皋縣西部石門鎮(zhèn)，距嵐皋縣城約30 km，省道207線橫貫全鎮(zhèn)。中心地理坐標：東經(jīng)108°46′35″，北緯32°19′09″，交通十分便利。勘查區(qū)交通位置見圖1所示。

圖1 勘查區(qū)交通位置圖

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 Geo-Studio軟件的介紹

Geo-Studio有限元分析軟件是20世紀七十年代由加拿大著名的巖土軟件開發(fā)商Geo-slope公司面向巖土工程、水利工程、地質工程以及公路工程等相關領域開發(fā)的一套仿真分析軟件。本文對于嵐皋縣某邊坡的分析先在Seep/w模塊建立邊坡的滲流模型，對邊坡的壓力水頭、孔隙水壓力進行分析，然后在Seep/w模塊下新建Slope/w模塊，結合滲流模塊的孔隙水壓力情況對邊坡的穩(wěn)定性進行分析。相比于傳統(tǒng)分析方法，Geo-Studio可以使計算結果更符合邊坡實際的效應。Geo-Studio作為地質構造專門的分析軟件，具有高效、專業(yè)、功能強大等優(yōu)點，不受邊坡形狀和材料不均勻的限制。

2.2 模型的建立

根據(jù)嵐皋縣石門鎮(zhèn)千戶安置小區(qū)某邊坡工程的特點，建立模型如圖2所示，邊坡長55 m，寬80 m，坡頂相當高程307～308 m，坡底相對高程269～270 m，相對高差約40 m，邊坡所處斜坡整體坡度25～35°，坡前人工邊坡坡度45°～65°，邊坡頂部為通村上山道路，邊坡中部為既有通村道路，邊坡坡腳為石門鎮(zhèn)集鎮(zhèn)千戶安置區(qū)安置點，坡面上下部出露地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層及沖洪積層，斜坡頂部為志留系砂巖、泥質頁巖出露，基巖較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。

圖2 邊坡1-1’剖面數(shù)值模擬

2.3 材料參數(shù)的選取

邊坡殘積土下的石英砂巖的物理力學指標選自《巖土工程勘察設計手冊》，體積含水率和基質吸力的范圍見下圖3。

圖3 材料體積含水率函數(shù)

通過設置材料的體積含水率函數(shù)和材料性質，可以得到邊坡殘積土、石英砂巖、沖洪積砂卵石的體積含水量與孔隙壓力的關系、體積含水量與基質吸力的關系、孔隙水壓力與傳導率的關系。

在地下水位線以上，土中的孔隙水壓力相對于孔隙氣壓力是負的，這個負的孔隙水壓力常被作為正的基質吸力而提及，因此孔隙水壓力值常為負，巖土體的孔隙壓力隨著含水量的增大而減小。對于殘積土來說，孔隙水壓力隨著含水率的增加幾乎呈線性的減??；在體積含水量較低時，體積含水量對于石英砂巖和沖洪積砂卵石孔隙水壓力的影響較大，隨著體積含水量的增加，石英砂巖和沖洪積砂卵石的孔隙水壓力的增長幅度變緩。

基質吸力隨著巖土體體積含水量的增大而減小，傳導率隨著孔隙水壓力的增大而減小，材料不同，滲透系數(shù)不同，傳導率與孔隙水壓力的變化關系也不相同。巖土體的孔隙水壓力和傳導率的大小都受到了體積含水量的影響，石英砂巖和沖洪積卵石的傳導率明顯高于殘積土的傳導率。

2.4 模擬結果及分析

模型建立完成后，賦予材料的各項參數(shù)及邊界條件，然后利用Seep/w模塊進行邊坡的滲流模擬。

材料參數(shù)賦予完成后進行滑移面的設置，由于在勘察中發(fā)現(xiàn)邊坡中部的道路出現(xiàn)裂縫，所以滑移面選擇進入和退出形式，滑移面的進入選擇在邊坡中部的道路附近，滑移面的退出選擇在坡腳附近。滑移面形式設置完成后，開始進行邊坡的穩(wěn)定性分析，模擬結果如下圖4所示。

圖4 正常狀態(tài)下邊坡的滑移線

從圖4中可以看出，在天然狀態(tài)下邊坡的安全系數(shù)為1.038，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。整個滑坡體屬于較為松散的殘積土，邊坡發(fā)生滑動時，滑坡的后緣位于邊坡中部的道路往下2 m左右，所以導致中部道路變形明顯，受邊坡前緣滑塌變形破壞影響，坡體中部通村道路整體下沉，路面被拉裂，形成多條不規(guī)則拉張裂縫。

嵐皋縣7月份降雨較為集中，一般降雨天數(shù)為3～7 d。在進行降雨條件下邊坡穩(wěn)定性分析時，降雨時長選擇為48 h，單位小時降雨量選擇為0.003 m/h。

利用天然狀態(tài)下的邊坡的模擬結果，新建一個Seep/w模塊，初始水頭和孔隙水壓力的情況選擇為天然狀態(tài)分析的最后狀態(tài)。持續(xù)時間設置為172 800 s，分析步數(shù)選擇48步，設置完成后更改材料的參數(shù)，并利用樣條函數(shù)得到巖土體的體積含水量以及水壓的傳導系數(shù)，再進行模擬。

通過對降雨后在不同時刻孔隙水壓力的分布可知，在降雨過程中，邊坡表層的土體首先達到飽和，飽和區(qū)主要分布在邊坡的殘積土和邊坡下部的沖洪積砂卵石區(qū)。隨著降雨的持續(xù)，邊坡飽和區(qū)域的面積增大，邊坡表層的飽和區(qū)域逐漸貫通，距離邊坡表面較深處受降雨的影響較小。隨著降雨的持續(xù)增加，積水進一步增加，邊坡積水的入滲使邊坡內(nèi)部底層飽和區(qū)域將向上抬升，使地下水位最終維持在一穩(wěn)定值。

進行邊坡的滲流模擬完成后，在滲流模型的基礎上建立邊坡穩(wěn)定性的分析模型，選擇Morgenstern-Price法進行模擬。模擬結果如下圖5所示。從圖中可以看出，邊坡的殘積土層已經(jīng)達到飽和，坡腳處石英砂巖和殘積土的交界面近似于與滑坡面平行。經(jīng)過48 h的降雨，邊坡的安全系數(shù)為0.893，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在降雨的影響下，邊坡極易發(fā)生滑塌等狀況，有效的防護措施至關重要。

圖5 降雨條件下邊坡的滑移線

3 邊坡治理措施

3.1 坡率法

坡率法是指對邊坡的坡度(邊坡的高度與邊坡的寬度的比值)加以調(diào)控，從而達到邊坡穩(wěn)定的方法。坡率法施工方便，在條件允許的情況下，可以優(yōu)先考慮。在施工時，坡頂刷方卸載可以和坡腳回填壓坡配合使用，增加坡率法的處置效果，嚴禁開挖坡腳。

高邊坡采用坡率法放坡時，工程量較大且會占地較多，應配合錨桿、擋土墻、抗滑樁等措施使用，下段采用結構支護結構，上段采用坡率法，形成組合邊坡，從而達到邊坡穩(wěn)定。在進行邊坡削破時，要特別注意地下水的處理，配合排水設施，因勢利導，保持坡體范圍內(nèi)的水系暢通。

3.2 擋土墻

擋土墻能夠用來提高邊坡的穩(wěn)定性，它用來抵抗邊坡的側向土壓力，多用在路堤或路塹邊坡，為公路及其他工程的建設留出空間。

擋土墻有很多種類型，按照結構形式的不同，可以把擋土墻分為重力式擋土墻、錨桿式擋土墻、半重力式擋土墻、懸臂式擋土墻等。下面將從斷面形式和受力特點等方面對幾種典型的擋土墻進行介紹

(1)重力式擋土墻

該種擋土墻的結構簡單，工程中施工起來比較方便。重力式擋土墻對邊坡土體的側向土壓力的抗力主要來自于自身的重力。在重力式擋土墻修筑時通常采用漿砌片石或塊石進行修筑，由于主要依靠自身重力來抵擋邊坡的側向土壓力，所以該擋土墻一般較重，通常會在地基條件良好的地區(qū)多采用。

(2)衡重式擋土墻

衡重式擋土墻的斷面形式與重力式擋土墻比較相近，衡重式擋土墻多出了一個衡重臺，衡重臺結構的設置能夠將擋土墻的重心向后推移，而且衡重臺的設置合理的利用的墻背的填土，能夠起到增加墻身穩(wěn)定的目的。擋土墻的墻背設置成上部仰斜、下部俯斜的形式可以使邊坡挖方的工作量較小，同時減小了擋土墻的斷面尺寸，節(jié)約了建筑材料。

(3)懸臂式擋土墻

懸臂式擋土墻主要由立壁、墻踵板和墻趾板三部分組成，斷面尺寸較重力式擋土墻要小，采用鋼筋混凝土澆筑而成。受土壓力分布的影響，立壁的下部會承受較大的土壓力，在進行鋼筋配置的時候，要設置更多的鋼筋。懸臂式擋土墻適合于邊坡較低的情形，一般不大于7 m。

3.3 抗滑樁

采用抗滑樁處治邊坡滑動時，將樁體打入到滑動面以下承載能力較高的穩(wěn)定巖層，利用滑動面以下穩(wěn)定地層對抗滑樁產(chǎn)生的抗滑力來抵擋來自滑動面上部不穩(wěn)定土體產(chǎn)生的滑動力?？够瑯对诠こ讨幸话阍O置在滑坡前緣較佳，充分利用了抗滑樁抗滑力的同時，使得較小的樁長便能夠滿足抗滑力的需要，使工程的造價得到了降低。

可以依據(jù)樁頭約束的不同，把抗滑樁分為普通樁和錨索樁(如圖6)?？够瑯兜倪x擇還應綜合考慮到滑坡的類型、規(guī)模、地質條件以及施工條件和工期要求等條件。

圖6 抗滑樁

抗滑樁在工程領域被廣泛的應用，其優(yōu)點如下：

(1)抗滑的效果明顯，通過合理的設置，單根樁便可以擋住大量的滑坡土體，抵抗來自邊坡的巨大滑坡推力，當滑坡規(guī)模較大時，可以采用多排樁聯(lián)合進行治理。

(2)抗滑樁的位置設置比較靈活，根據(jù)滑坡形式的不同，可以選擇在滑坡的前緣、中部、后部進行抗滑樁配置，這是其他抗滑措施很難做到。

(3)相比于擋土墻來說，工程中采用抗滑樁施工時對滑坡的擾動較小。這樣可以減少對滑坡體的影響，不至與因為施工而引起滑坡產(chǎn)生較大的滑動。

錨索抗滑樁還有特有的特點：

(1)由于錨索的存在，改變了錨索抗滑樁的受力狀態(tài)，使得樁身的彎矩和剪力變小，因此可以減小樁的截面和埋深，降低了工程造價；

(2)錨索抗滑樁的錨索的設置控制了樁頭的位移量，有利于保持滑動面以上土體的穩(wěn)定；

(3)錨索樁對于施工的要求較高，特別是錨索的防腐和灌漿要求尤為嚴格。

通過對邊坡防護措施總結，認為錨桿抗滑樁比較靈活，土方作業(yè)量小，工期短，可以滿足工期緊張的需求，適合本邊坡工程的工程防護。

4 小 結

(1)結合邊坡的工程概況，將土工試驗得到的土的物理力學參數(shù)賦予各地層，建立了邊坡的滲流和穩(wěn)定性分析模型。

(2)應用Seep/w、Slope/w模塊模擬降雨對于邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)天然條件下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.038，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在降雨條件下，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為0.893，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)通過分析，錨索抗滑樁在處理效果和工期要求更適合本工程。