李向清，劉文遠(yuǎn)，柯 洪，余文章

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650011）

1 工程概況

馬鹿塘特大橋位于云南省文山州麻栗坡縣天保鎮(zhèn)南溫河村境內(nèi)，距離天保鎮(zhèn)直線距離約20 km，特大橋跨越馬鹿塘水庫(kù)，橋位軸線走向方位角為27°，與南溫河夾角約90°，距離水庫(kù)大壩約6.0 km。工程區(qū)屬于低緯度南亞熱帶季風(fēng)氣候，受地形條件影響，氣候垂直分帶明顯。麻栗坡縣年平均氣溫17.5℃，年平均降水量1 083.4 mm，年平均蒸發(fā)量1 367.6 mm，年平均相對(duì)濕度85.3%，年平均絕對(duì)濕度17.2 mg/L。

橋梁采用整幅方案，中心樁號(hào)為K28+715，設(shè)計(jì)橋長(zhǎng)1 007 m。下部結(jié)構(gòu)，橋墩擬采用柱式墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)擬采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。

2 北側(cè)岸坡地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

研究區(qū)屬中等切割的侵蝕～溶蝕中山地貌和溶蝕槽谷相間地貌。河谷為典型的 “V” 形谷，橋區(qū)地面標(biāo)高介于544.00 m～932.00 m之間，相對(duì)高差約388.00 m。周?chē)喾植己档?，斜坡地形坡度較陡，坡面植被稍密，多為經(jīng)濟(jì)林。北側(cè)岸坡較陡，縱向自然坡度35°～45°，河谷深切，偶見(jiàn)基巖出露，植被較發(fā)育，主要為經(jīng)濟(jì)林。橋軸線地面高程在544.00 m～810.81 m之間，相對(duì)高差約266.81 m。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度

研究區(qū)有南溫河斷裂（F145）［1］通過(guò)，與橋位近乎于角度垂直相交，該斷裂北西起麻栗山南，向南東經(jīng)南歪村、新田村北，至南溫河村首次與路線相交，后沿南溫河西岸延伸，過(guò)新寨分水嶺埡口到銅塔南東交于文麻斷裂。斷裂長(zhǎng)46 km，總體走向?yàn)?80°～300°，傾向北東，傾角65°～80°。沿?cái)嗔褞⒚}發(fā)育，硅化強(qiáng)烈，兩側(cè)變質(zhì)巖系發(fā)生明顯位移，斷裂力學(xué)性質(zhì)主要為壓扭性走滑斷層（見(jiàn)圖1）。

圖1 第四紀(jì)活動(dòng)斷裂分布圖

根據(jù)GB 18306—2015中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，橋址所在的地段地震基本烈度為6度。依據(jù)JTJ B02—2013公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于高速公路上的抗震重點(diǎn)工程，可提高1度按7度采取抗震措施。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和已有鉆探資料，研究區(qū)覆蓋層由第四系殘坡積成因的粉質(zhì)黏土組成，分布于緩坡地段，揭露厚度為3.10 m～4.50 m；以下依次為厚度4.00 m～31.30 m的全風(fēng)化花崗片麻巖（Gn），厚度為3.00 m～20.40 m的強(qiáng)風(fēng)化塊狀?yuàn)A砂狀花崗片麻巖；下伏基巖為中風(fēng)化加里東期（Gn）花崗片麻巖。

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 地表水

研究區(qū)地表水較發(fā)育，地表水主要為大氣降水形成的暫時(shí)性地表面流及沖溝流水，地表水?dāng)嗝媪髁渴芙涤炅靠刂疲饕樒录皽舷虻吞幣判?，匯流于馬鹿塘水庫(kù)。部分沿裂隙下滲補(bǔ)給地下水。北側(cè)岸坡橋軸線左側(cè)發(fā)育有地表溪流，溪流流量受大氣降水控制，沿低地勢(shì)方向流淌，最終匯流于馬鹿塘水庫(kù)，踏勘期間溪流流量介于0.5 L/s～1.0 L/s。

2.2.2 地下水

研究區(qū)地下水為松散層孔隙滯水和基巖裂隙水兩種類(lèi)型。松散層孔隙滯水賦存于黏性土層裂隙、空隙中，其賦存空間有限、無(wú)統(tǒng)一的地下水水位，且季節(jié)性變幅較大。雨季施工可能存在滲水現(xiàn)象，對(duì)工程有一定影響?；鶐r裂隙水賦存于全～強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖風(fēng)化裂隙、破碎帶中，屬弱承壓水，透水性一般，水量一般。地下水主要來(lái)源為大氣降水，受地形條件，裂隙發(fā)育程度等諸因素控制。

3 巖土參數(shù)、計(jì)算工況及控制標(biāo)準(zhǔn)

3.1 巖土參數(shù)

巖土層參數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 巖土層參數(shù)值

3.2 計(jì)算工況及控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況計(jì)算工況共考慮工況1（天然工況）、工況2（暴雨工況）、工況3（地震工況）、工況4（水位降落期+天然工況）、工況5（水位降落期+暴雨工況）5種工況。各工況下的控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 控制標(biāo)準(zhǔn)

4 北側(cè)岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

采用赤平投影法、剛體極限平衡法及強(qiáng)度折減法對(duì)北側(cè)岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

4.1 赤平投影法

岸坡整體全風(fēng)化花崗片麻巖層較薄，岸坡部分區(qū)域中風(fēng)化花崗片麻巖出露，巖層片麻理產(chǎn)狀為63°∠38°，反傾，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和河流切割卸荷作用影響，岸坡發(fā)育節(jié)理裂隙錯(cuò)亂復(fù)雜，規(guī)律性不強(qiáng)，貫通性不強(qiáng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及勘察報(bào)告相關(guān)內(nèi)容，二組典型的節(jié)理產(chǎn)狀為L(zhǎng)1：287°∠70°，L2：170°∠72°。

根據(jù)赤平投影分析［2-3］，見(jiàn)圖2，二組裂隙L1，L2與坡面大角度相交，不構(gòu)成不利結(jié)構(gòu)面，層面與坡面小角度相交但傾向相反，不構(gòu)成不利結(jié)構(gòu)面。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及岸坡調(diào)查，岸坡未發(fā)生大面積滑塌現(xiàn)象，僅部分區(qū)域有淺表覆蓋層滑落、滑塌現(xiàn)象，故綜合判定，目前岸坡穩(wěn)定性較好［4］。

圖2 赤平投影分析圖

4.2 剛體極限平衡法

根據(jù)北側(cè)岸坡地質(zhì)縱斷面圖建立計(jì)算模型。岸坡表層粉質(zhì)黏土層較薄，對(duì)岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)作用不大，模型簡(jiǎn)化后統(tǒng)一按全風(fēng)化花崗片麻巖考慮；橋梁墩臺(tái)作用力通過(guò)深基礎(chǔ)作用到中風(fēng)化基巖中，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性影響較小，未計(jì)入。水位降落期水作用采用總應(yīng)力法，土條底孔隙水壓力采用近似計(jì)算方法。計(jì)算采用簡(jiǎn)化Bishop法［5］。據(jù)理正軟件反復(fù)自動(dòng)不利面搜索后，確定主塔上、下潛在滑動(dòng)面如圖3，圖4所示。

圖3 主塔上斜坡斷面圖

圖4 主塔下斜坡斷面圖

剛體極限平衡法計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 剛體極限平衡計(jì)算成果表

對(duì)于主塔上斜坡，地震工況滿足穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)，天然工況及暴雨工況均不滿足穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)。主塔上斜坡坡體在自重作用下，有沿全風(fēng)化花崗巖與強(qiáng)風(fēng)化花崗巖交界面處滑動(dòng)的趨勢(shì)，形成厚度為10 m～20 m、沿坡向長(zhǎng)度約為70 m的潛在滑體。潛在滑體下緣緊挨主塔，造成不利影響，故需對(duì)主塔上斜坡采取有效的加固措施。

對(duì)于主塔下斜坡，主要受水位變化影響，根據(jù)工況4（水位降落期+天然工況）、工況5（水位降落期+暴雨工況）的計(jì)算結(jié)果知，主塔下斜坡穩(wěn)定性滿足要求。主塔下斜坡主要分布巖性為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖，強(qiáng)風(fēng)化巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，水位降落期坡體內(nèi)的水能夠較快的通過(guò)節(jié)理裂隙滲出至坡外，進(jìn)而快速減弱了坡體內(nèi)水壓力的不利作用，同時(shí)強(qiáng)風(fēng)化的巖塊有一定的鑲嵌自穩(wěn)能力，故主塔下斜坡穩(wěn)定性較好。

4.3 數(shù)值模擬分析

采用有限元計(jì)算軟件，開(kāi)展二維邊坡穩(wěn)定計(jì)算。

在對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，巖體采用彈塑性Mohr-Coulomb本構(gòu)模型［6-7］。

4.3.1 邊界條件及判據(jù)

模擬邊坡情景設(shè)置邊界條件，本次模擬設(shè)定左側(cè)、右側(cè)、下側(cè)邊界位移變化為0。全風(fēng)化花崗片麻巖網(wǎng)格間距為0.5 m，強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖網(wǎng)格間距為1.0 m～2.0 m，下部網(wǎng)格間距為3.0 m～5.0 m。

采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算，即在外部荷載不變的情況下不斷對(duì)巖土體的力學(xué)參數(shù)按一定比例進(jìn)行折減，當(dāng)折減達(dá)到臨界強(qiáng)度時(shí)則巖土的力學(xué)參數(shù)與臨界力學(xué)參數(shù)的比值即為安全系數(shù)。

以求解不收斂或塑性應(yīng)變區(qū)貫通作為邊坡失穩(wěn)的判據(jù)。

4.3.2 計(jì)算結(jié)果

利用強(qiáng)度折減法模擬不同工況下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。首先進(jìn)行地應(yīng)力平衡模擬邊坡自重（g=9.8 N/kg）應(yīng)力場(chǎng)得出自然岸坡的塑性區(qū)云圖及穩(wěn)定系數(shù)，然后分別采用暴雨工況巖土力學(xué)參數(shù)及施加指向坡外的地震作用力（綜合水平地震系數(shù)取0.025），得出暴雨工況、地震工況的塑性區(qū)云圖及穩(wěn)定系數(shù)（見(jiàn)圖5～圖7）。

圖5 工況1塑性區(qū)云圖(安全系數(shù)1.250)

圖7 工況3塑性區(qū)云圖(安全系數(shù)1.206)

采用強(qiáng)度折減法得出的安全系數(shù)較剛體極限平衡法稍大。

工況1（天然狀態(tài)）、工況2（暴雨?duì)顟B(tài)）斜坡穩(wěn)定性不滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。塑性區(qū)云圖中有3條塑性貫通帶，其中2條位于全風(fēng)化花崗片麻巖層中，底部位于全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化巖層交界處，下緣僅靠主塔，另外1條塑性貫通帶較深，主要位于強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖巖層中，底部位于強(qiáng)風(fēng)

化與中風(fēng)化巖層交界處?？梢?jiàn)，主塔上斜坡全風(fēng)化巖層仍可能形成潛在滑體，這與剛體極限平衡法模擬結(jié)果一致，同時(shí)此法揭露出1條更深的塑性貫通帶，但從塑性區(qū)云圖知其貫通性不強(qiáng)。故需對(duì)主塔上斜坡采取有效的加固措施。工況3（地震工況）塑性區(qū)云圖有1條塑性貫通帶位于全風(fēng)化花崗片麻巖層中，底部位于全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化巖層交界處，且其安全系數(shù)滿足控制標(biāo)準(zhǔn)，與剛體極限平衡法模擬結(jié)果一致。

圖6 工況2塑性區(qū)云圖(安全系數(shù)1.200)

5 結(jié)論

依次運(yùn)用赤平投影法、剛體極限平衡法、強(qiáng)度折減法得出岸坡目前的穩(wěn)定狀態(tài)及潛在破壞面，得出如下結(jié)論：

1）赤平投影法分析得出，北側(cè)岸坡片麻理內(nèi)傾，且與優(yōu)勢(shì)裂隙面無(wú)不利結(jié)構(gòu)面組合。

2）剛體極限平衡法（簡(jiǎn)化Bishop法）得到的安全系數(shù)略小于強(qiáng)度折減法。

3）北側(cè)岸坡主塔上斜坡，天然工況、暴雨工況不滿足穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)，主塔下斜坡滿足穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)。

4）建議對(duì)主塔上斜坡全風(fēng)化巖層采取加固措施。