【摘 要】JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》對路基限高有明確規(guī)定，但路基邊坡穩(wěn)定性不僅受高度影響，更與填料性質(zhì)密切相關(guān)，填料性質(zhì)對破壞模式影響巨大，以簡單的填料分類對震區(qū)邊坡進行高度限制，并不能完全有效進行邊坡穩(wěn)定性判定。路基限高規(guī)定中填料分類僅為兩種，未對其具體性質(zhì)做出要求，而天然填料性質(zhì)差異大，為合理使用限高規(guī)定，本文采用理正和GEO5軟件，對不同地震力作用下的代表性細粒土和粗粒土路基邊坡，進行穩(wěn)定性分析，探討地震（非浸水）地區(qū)適用高度限值規(guī)定的邊坡填料性質(zhì)要求。計算分析得知，地震（非浸水）地區(qū)路基高度限值規(guī)定下，不同道路等級和地震動峰值加速度時，細粒土填料有材料性質(zhì)要求，需合理選擇填料；而粗粒土填料無進一步性質(zhì)要求，規(guī)范允許的天然粗粒土填料均可采用。

【關(guān)鍵詞】道路工程； 邊坡穩(wěn)定性； 細粒土邊坡； 粗粒土邊坡

【中圖分類號】U416.1+4【文獻標志碼】A

0 引言

邊坡穩(wěn)定性問題是巖土工程界的經(jīng)典問題之一，評價方法大體可以分為：定性分析方法，定量分析方法，不確定性分析方法。邊坡的穩(wěn)定受很多因素的影響，如降雨、地震、人工開挖、各種荷載作用、巖土體工程性質(zhì)等，而降雨和地震則是最主要也是較為常見的兩個因素，學者們進行了大量研究［1-5］。

地震地區(qū)邊坡除了基于工程地質(zhì)調(diào)查、烈度和地震動參數(shù)評價法外，主要還是采用定量分析法進行工程設(shè)計，主要分為擬靜力法，Newmark滑塊分析法、數(shù)值分析法、模型試驗法以及多種方法相結(jié)合的綜合法［6］。

其他學者研究得知，地震區(qū)巖土邊坡填料性質(zhì)對破壞模式也影響巨大，且分析時宜充分考慮動力效應(yīng)，若采用靜力分析法，應(yīng)選取動力參數(shù)，若采用完全動力分析法則可采用邊坡的巖土靜力參數(shù)［7］。巖土體的強度在震動過程中會有所衰減，而目前的方法大多沒有考慮巖土體強度的減?。?］?？偟恼f來，不論何種方法，是否考慮動應(yīng)力，邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)論很大程度上依賴于巖土材料參數(shù)取值的可靠性，對經(jīng)驗判斷要求較高［8-11］。

公路工程設(shè)計中多采用靜力法進行抗震穩(wěn)定性驗算，填料性質(zhì)參數(shù)的取值對穩(wěn)定性判定起關(guān)鍵作用，而以簡單的填料分類對震區(qū)邊坡進行高度限制，并不能完全有效進行邊坡穩(wěn)定性判定。盡管目前我國的抗震設(shè)計規(guī)范存在一定不足，但從實際情況看，按照規(guī)范設(shè)計的公路在一定程度上經(jīng)受了地震的考驗［12］，故遵循規(guī)范進行設(shè)計，深入理解各項規(guī)定尤為必要。

1 地震區(qū)路基填料分類及邊坡高度限值規(guī)定

JTG D30-2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》［13］和JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》［14］分別對路基穩(wěn)定性判斷、路基限高做出了規(guī)定，JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》將地震（非浸水）地區(qū)填料分為兩大類，一類為巖塊和細粒土，另一類為粗粒土。

按地質(zhì)分類，細粒土和粗粒土的區(qū)分主要以顆粒粒徑大小及其占比為指標［15］，不論細粒土還是粗粒土的內(nèi)摩擦角和粘聚力的范圍比較寬泛，不同取值對邊坡穩(wěn)定性影響較大，本文對地震（非浸水）地區(qū)適應(yīng)于高度限值規(guī)定的邊坡，探討其對填料性質(zhì)的要求。

JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》［14］，對路基限高規(guī)定如表1所示。

2 邊坡穩(wěn)定性計算模型及方法介紹

2.1 建模邊界條件

2.1.1 關(guān)于道路等級

高速公路、一級公路及二級公路除了道路寬度外，抗震重要性修正系數(shù)、計算水平地震力時的綜合影響系數(shù)及邊坡抗震穩(wěn)定系數(shù)要求的取值一致，經(jīng)計算對比，路幅較寬時，車輛附加荷載不變的情況下，破裂面位置不受道路寬度影響，計算穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果相同，故高速公路、一級公路及二級公路穩(wěn)定性分析取同一種寬度建模。

三、四級公路由于動峰值加速度小于0.4g時，規(guī)范未要求對其進行路基抗震穩(wěn)定性驗算，且三、四級公路抗震重要性修正系數(shù)和邊坡抗震穩(wěn)定性系數(shù)要求與高等級公路不同，無法根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果對比進行填土材料性質(zhì)研究，故本文不對三、四級公路進行單獨分析。

2.1.2 關(guān)于填料分類

填料內(nèi)摩擦角和粘聚力取值范圍很廣，同一類填料的內(nèi)摩擦角和粘聚力共同決定填料性質(zhì)，直接影響邊坡穩(wěn)定性?；陔S機相應(yīng)面法和薩瑪法的邊坡可靠度分析也同時表明邊坡安全系數(shù)與內(nèi)摩擦角和粘聚力密切相關(guān)，尤其是粘聚力影響明顯［16］。粗粒填料除了材料本身性質(zhì)外，級配不良會造成不易壓實［17］ ，從而導(dǎo)致綜合內(nèi)摩擦角不足。本文據(jù)表1，考慮細粒土和粗粒土特性，探討其滿足穩(wěn)定性要求所需具有的內(nèi)摩擦角和粘聚力。

2.1.3 主要計算參數(shù)取值

分析時主要計算參數(shù)取值見表2。

2.2 穩(wěn)定性分析方法簡介

邊坡穩(wěn)定性分析時，使用的計算軟件為理正和GEO5，采用常用圓弧滑動或折線滑動法進行對比計算：

（1）細粒土邊坡穩(wěn)定采用圓弧滑動法（畢曉普法）。

（2）粗粒土邊坡采用圓弧滑動法（畢曉普法）和折線滑動法（不平衡推力法（隱式）、摩根斯坦法等）。

3 路基邊坡穩(wěn)定性與填料性質(zhì)的關(guān)系

3.1 細粒土路基邊坡穩(wěn)定性與填料性質(zhì)的關(guān)系

3.1.1 細粒土填料計算參數(shù)

擬定三種細粒土，計算參數(shù)見表3。

3.1.2 細粒土邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

細粒土邊坡穩(wěn)定性計算采用圓弧滑動法計算，滑動破裂面形式見圖1。

圖1 細粒土邊坡滑動破裂面示意地震地區(qū)細粒土填筑路基限高均小于20 m，按規(guī)范規(guī)定，僅考慮水平地震作用力，由于理正軟件無法選擇單向地震作用力，故計算結(jié)果為同時考慮水平和豎向地震力作用，而GEO5計算時，則按規(guī)范規(guī)定僅考慮水平地震力。邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表4。

3.1.3 細粒土邊坡的填料性質(zhì)要求

對比表1和表4得出，按規(guī)范中路基高度限值進行設(shè)計時，細粒土路基填筑材料應(yīng)符合表5，以滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

3.2 粗粒土路基邊坡穩(wěn)定性與填料性質(zhì)的關(guān)系

3.2.1 粗粒土填料參數(shù)

本文采用常用綜合內(nèi)摩擦角35°和40°的代表性粗粒土填料［18］進行穩(wěn)定性分析。

雖然合格的天然粗粒土填料粘聚力不可能為0，但從填料性質(zhì)研究角度，仍然將c值為0時的填料進行了穩(wěn)定性計算，填料參數(shù)取值見表6。

當c值為0時，采用理正軟件計算（表7），不論圓弧滑動法還是直線滑動法，均呈現(xiàn)穩(wěn)定系數(shù)與填土高度關(guān)系較小，且邊坡均無法滿足穩(wěn)定系數(shù)安全性要求。

而采用GEO5軟件計算（表8）時，不論圓弧滑動法還是折線滑動法計算，均有計算滑面位置不穩(wěn)定的情況，計算結(jié)果由于局部失穩(wěn)搜索位置的隨機性，造成穩(wěn)定性系數(shù)不規(guī)律。由于折線滑動法使用薩瑪法、簡布法或摩根斯坦法出現(xiàn)較多無法計算滑動面傾角的情況，故表8僅羅列圓弧滑動法（畢曉普法）和折線滑動采用不平衡推力法（隱式）的計算結(jié)果。

水平和豎向地震作用力下，粘聚力為0的特殊粗粒土路基邊坡采用圓弧滑動法和折線（直線）滑動法計算后，理正軟件計算結(jié)果（表7）表明穩(wěn)定系數(shù)與填土高度相關(guān)性極小，而GEO5軟件計算結(jié)果（表8）表明，邊坡呈現(xiàn)局部失穩(wěn)情況，且失穩(wěn)位置有一定隨機性。

進一步計算可知，當c大于0時，理正計算結(jié)果呈現(xiàn)與填土高度相關(guān)的規(guī)律性，GEO5計算形成圓弧或折線滑動面（圖2和圖3）。而天然填筑材料除了極細砂或者潔凈度較高的細砂外，c值均不為0，抗震規(guī)范要求不可使用極細砂和細砂填筑，故實際工程中，地震地區(qū)粗粒土路基邊坡可采用圓弧或折線滑動法進行穩(wěn)定性計算。

3.2.2 代表性粗粒土路基邊坡穩(wěn)定性分析

本文對代表性粗粒土填料（綜合內(nèi)摩擦角35°和40°）的邊坡（填土高度2～12 m），進行穩(wěn)定性分析，根據(jù)填高不同，按土體抗剪強度相等的原理［15、18］反推φ、c值，統(tǒng)計出在不同動峰值加速度作用下，不同φ、c值時滿足邊坡穩(wěn)定性要求的規(guī)范限值邊坡高度，以滿足穩(wěn)定條件時c值為最小，進行列表，結(jié)果見表9和表10。

3.2.3 粗粒土邊坡的填料性質(zhì)要求

對比表1和表9、表10得出，高速公路、一級公路和二級公路，要求穩(wěn)定系數(shù)K≥1.1，設(shè)計時取規(guī)范中路基高度限值時，粗粒土路基填筑材料性質(zhì)應(yīng)滿足表11要求，否則應(yīng)降低路基高度、放緩坡率或加固邊坡處理。

4 結(jié)束語

地震（非浸水）地區(qū)的填方邊坡，由于地震力作用，JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》［14］路基高度限值條件下的邊坡，需對填筑材料進行合理選擇。

4.1 細粒土填筑材料

高速公路、一級公路地震動峰值加速度0.3g時要求選擇φ和c均不小于20且其中之一數(shù)值不小于25的填料，動峰值加速度0.4g時選擇φ和c均不小于20的填料。

二級公路動峰值加速度0.3g時無限高規(guī)定，按實際填料性質(zhì)進行穩(wěn)定性分析；動峰值加速度0.4g時，需采用φ不小于25°且c不小于20 kPa的填料。

不滿足條件的細粒土填筑的邊坡應(yīng)根據(jù)高度進行穩(wěn)定性分析，不能直接套用規(guī)范中高度限值規(guī)定。

4.2 粗粒土填筑材料

天然粗粒土填料的粘聚力（細砂、極細砂除外）均能達到5 kPa，故可以認為選擇規(guī)范規(guī)定的粗粒土填料在路基高度限值內(nèi)設(shè)計時無進一步材料性質(zhì)要求。

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［作者簡介］王蓉（1977—），女，碩士， 高級工程師，從事路基、路面專業(yè)設(shè)計工作；甘善杰（1965—），男，碩士， 教授級高級工程師，從事路基、路面專業(yè)設(shè)計工作。