文章以廣西賀州至巴馬高速公路某滑坡處的危險截面為工程背景，采用GEOSTUDIO軟件分析在兩種滑帶土干密度下滑帶土飽和度、地下水位變化和暴雨入滲三種水力環(huán)境對含兩層滑帶土邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：滑帶土的飽和度和干密度變化會顯著影響邊坡穩(wěn)定性，飽和度增加導致安全系數(shù)下降，次滑面的安全系數(shù)始終小于主滑面，更容易出現(xiàn)淺層滑動；在滑帶干密度較大時，隨著地下水位的升高，主滑面的安全系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，而在滑帶干密度較小時，次滑面的安全系數(shù)更容易受地下水位的影響，邊坡表現(xiàn)為淺層或整體破壞模式；強降雨對邊坡穩(wěn)定性影響較小，呈現(xiàn)出對降雨不敏感的特征，邊坡整體變形和降雨入滲影響范圍有限。

公路邊坡；水力環(huán)境變化；邊坡穩(wěn)定性；滑帶土

U416.1+4A210654

作者簡介：

李聲虎（1989—），工程師，主要從事公路建設和投資相關管理工作。

0" 引言

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，西部地區(qū)的公路建設越來越多［1-2］，由于這些地區(qū)境內(nèi)山嶺連綿且強降雨天氣頻發(fā)，將不可避免地對公路的建設和運營帶來困難［3］，因此研究水力環(huán)境變化對公路邊坡影響很有必要。

影響公路邊坡穩(wěn)定性因素主要包括地質(zhì)條件［4］、地形地貌［5］以及降雨和水文條件［6］，復雜的地形地貌和強降雨極易導致邊坡失穩(wěn)，眾多學者對此進行了研究。劉劍等［7］采用有限差分強度折減法研究公路邊坡穩(wěn)定性，對比研究分析了坡高、坡角、巖體粘聚力和內(nèi)摩擦角對穩(wěn)定性影響，發(fā)現(xiàn)相同坡高和坡角時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨著粘聚力增加呈近似線性增加，而邊坡安全系數(shù)隨坡體巖體內(nèi)摩擦角的增加，近似呈指數(shù)增加。童立［8］研究了不同雨型降雨入滲下夾層滲透性相對強弱不同的公路邊坡的基質(zhì)吸力分布，發(fā)現(xiàn)在降雨初期，基質(zhì)吸力隨時間逐漸減??；降雨后期，前峰型和中峰型降雨下的基質(zhì)吸力出現(xiàn)增加，降雨停止后，各雨型下的基質(zhì)吸力均逐漸回升。潘榮建等［9］以廣西某高速公路邊坡為例，研究含水率變化及降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)夾層軟巖強度參數(shù)與含水率呈近似負指數(shù)關系。

本文以廣西賀州至巴馬高速公路某滑坡處的危險截面為研究對象，根據(jù)地勘資料建立計算模型，分別研究滑帶土飽和度、地下水位變化和暴雨入滲三種水力環(huán)境變化對含有兩層滑帶土邊坡穩(wěn)定性的影響，為西部地區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性評估和加固提供參考。

1" 工程概況

氣候條件：滑坡地處廣西中部大瑤山主體山脈，屬南亞熱帶季風氣候區(qū)，季節(jié)性變化明顯，陰雨天多、日照少、濕度大，夏季多雨，冬季少雨。

地質(zhì)條件：滑坡場地由第四系、滑坡堆積層和泥盆系下新統(tǒng)蓮花山組地層組成，滑帶土為粉質(zhì)黏土夾礫石，厚度為1.80～9.30 m。

地下水條件：坡區(qū)域內(nèi)地下水主要為孔隙水和基巖裂隙水，孔隙水受降水和地表水補給，向低處排泄，受氣候影響大?；鶐r裂隙水在重力作用下由高到低處流動，部分沿裂隙、軟弱土層和滑帶徑流。

2" 邊坡模型及材料參數(shù)

2.1" 邊坡分析模型

采用GEOSTUDIO軟件建立邊坡有限元模型，使用Morgenstern-Price［10-11］法進行模型穩(wěn)定性分析，如圖1所示。模型左側(cè)高262 m，右側(cè)高66 m，水平寬度為1 172.5 m，全局單元尺寸設置為8 m，將兩條滑帶處的網(wǎng)格進行細化，尺寸設置為3 m。邊坡土性整體可分為四種土，分別為邊坡表面殘坡積土、兩層滑體土、兩層滑帶土和作為滑床的中風化泥質(zhì)砂巖，按沿地表從上到下的順序，依次為殘坡積土、滑體土、滑帶土、滑體土、滑帶土和中風化泥質(zhì)砂巖。該邊坡存在兩條滑帶，對于長度較長、位于兩條滑面下方的滑帶，稱為主滑帶，其對應的滑面稱為主滑面；另一條滑帶稱為次滑帶，其對應的滑面稱為次滑面。

（a）地質(zhì)斷面

（b）簡化計算模型

（c）模型網(wǎng)格劃分

2.2" 材料參數(shù)

土層材料參數(shù)取值依據(jù)相關地勘資料，見表1。由地勘資料可知，滑帶土的干密度為0.99～1.69 g/cm3?？紤]到現(xiàn)場滑帶土最大含水率為48%，且滑帶埋深大多≤30 m，只有在接近70 m最大埋深處才可能達到地勘結(jié)果中的較大干密度，故選取了兩種典型干密度1.20 g/cm3和1.35 g/cm3的滑帶土，見表2。

水力環(huán)境變化對公路邊坡穩(wěn)定性的影響分析/李聲虎，邵" 羽，韋超俊，陳" 川

3" 水力環(huán)境變化對邊坡穩(wěn)定性的影響

3.1" 滑帶土飽和度變化對邊坡穩(wěn)定性的影響

如圖2所示為在不同初始飽和度下，干密度分別為1.20 g/cm3和1.35 g/cm3的主次滑帶的滑坡安全系數(shù)。在初始飽和度和強度參數(shù)變化的過程中，邊坡的臨界滑動面發(fā)生了變化，共產(chǎn)生了6種滑動面（見圖3），古滑坡的滑動模式如表3所示。

當滑帶干密度為1.35 g/cm3時，由圖2、圖3和表3可知，隨著滑帶飽和度增加，主滑面安全系數(shù)略有下降，而次滑面安全系數(shù)在計算過程中不變，滑動面模式也未改變。主滑面對應滑動模式F，該滑動模式主體部分大多處于滑體土中，這是因為在1.35 g/cm3干密度下滑帶土的長期強度比滑體土更大造成的，而滑坡后緣處于主滑帶中，受主滑帶控制，故在滑帶飽和度提高導致強度劣化的過程中，安全系數(shù)呈現(xiàn)極小的降低趨勢。次滑面對應滑動模式E，同樣因為強度方面的原因，滑面完全位于滑體土和表層殘坡積土中，表現(xiàn)為淺層破壞模式，由于滑帶模式與次滑面未相交，故在穩(wěn)定性分析中安全系數(shù)不變。

當滑帶干密度取1.20 g/cm3時，不論是主滑面還是次滑面，其安全系數(shù)都呈現(xiàn)較大幅度的下降。在滑帶飽和度由25%提高到100%的過程中，主滑面對應安全系數(shù)下降28.3%，次滑面則下降29.8%，且滑動模式也產(chǎn)生了一定程度的改變。當主滑面在滑帶飽和度為25%和45%時，滑動模式與干密度1.35 g/cm3時相同，對應滑動模式F，受滑帶影響較小，表明此時滑帶強度偏大，不是古滑坡的最危險區(qū)域。當主滑帶飽和度達到65%時，滑動模式轉(zhuǎn)化為模式D，該模式相比模式F而言，滑坡前緣部分區(qū)域不再與主滑帶近似相切，而轉(zhuǎn)為受主滑帶控制，表明隨著滑帶飽和度提升，滑帶在邊坡穩(wěn)定中占據(jù)了更重要的位置。當滑帶飽和度繼續(xù)上升，達到85%和100%時，滑動模式繼續(xù)轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)為滑動模式B，此時主滑面對應的邊坡臨界滑動面，幾乎完全和主滑帶重合，滑帶成為古滑坡的軟弱控制土層。

對于滑帶土干密度為1.20 g/cm3的次滑面，即滑帶在滑動模式中占據(jù)的區(qū)域隨飽和度上升而增大。當滑帶飽和度為25%時，滑動模式與干密度1.35 g/cm3時相同，臨界滑動面與次滑帶近似相切，滑帶不影響邊坡的安全系數(shù)。當滑帶飽和度升高至45%和65%時，臨界滑動面轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒幽Ｊ紺，相比于原滑動模式E，其底部位于次滑帶中，滑帶開始影響邊坡的穩(wěn)定性，且滑坡前緣有所前移，滑動范圍增大。隨著滑帶飽和度進一步提高，當飽和度為85%和100%時，次滑面對應的臨界滑動面轉(zhuǎn)化為滑動模式A，與主滑面情形類似，此時除滑坡后緣一小段外，其余部分均位于次滑帶中，因而滑帶成為古滑坡穩(wěn)定性的控制因素。

綜上可知，次滑面安全系數(shù)仍小于主滑面，邊坡發(fā)生深層整體滑動幾率小于淺層滑動。

3.2" 地下水位變化對邊坡穩(wěn)定性的影響

為便于分析地下水因素的影響，假定滑帶的強度參數(shù)為飽和狀態(tài)，并在計算中保持不變。在實際計算中，發(fā)現(xiàn)地下水高程＞362 m后，部分滑帶開始低于地下水位，相關范圍隨著地下水的升高不斷增大，對邊坡穩(wěn)定性影響也加大，故選取372 m、382 m、392 m、402 m、412 m和422 m六種地下水高程開展穩(wěn)定性分析。地下水高程與古滑坡安全系數(shù)關系曲線的計算結(jié)果如圖4所示，部分滑動模式與圖3所展示相同，新增的5種滑動模式如圖5所示，不同情況下古滑坡滑動模式如表4所示。

由圖4、圖5和表4可知，當滑帶干密度為1.35 g/cm3時，在地下水高程從362 m升至382 m的過程中，安全系數(shù)幾乎沒有變化，水位高程＞382 m后，才表現(xiàn)出了較明顯的下降趨勢，其中主滑面安全系數(shù)下降14.1%，次滑面安全系數(shù)下降16.6%，且滑動面也發(fā)生了變化。對主滑面而言，當水位高程為372 m和382 m時，對應滑動模式K。當水位高程達到392 m和402 m時，臨界滑動面轉(zhuǎn)為滑動模式I。當水位繼續(xù)升高時，滑動面又轉(zhuǎn)回模式K，這是因為此時古滑坡坡腳已形成徑流，沿坡腳滑動更危險。對于次滑面，當水位＜392 m時，呈現(xiàn)的滑動面為滑動模式E，與次滑面不相交；水位≥392 m后，臨界滑動面表現(xiàn)為滑動模式J的狀態(tài)，滑面底部已延伸至主滑帶附近，但因滑帶強度較大而并不相交。計算中次滑面的安全系數(shù)較小，所以在干密度為1.35 g/cm3時，邊坡的最危險情況為發(fā)生局部破壞，但受地下水影響，滑動面向古滑坡深部發(fā)展，范圍有所擴大。

當滑帶干密度為1.20 g/cm3時，主滑面安全系數(shù)一直呈現(xiàn)下降趨勢，降幅為18.1%。次滑面安全系數(shù)先近似不變，之后才開始下降，下降11.2%，且滑動模式也幾乎不改變。對主滑面而言，地下水位上升過程中滑動面不發(fā)生變化，始終表現(xiàn)為滑動模式B，幾乎完全位于主滑帶中，這是由于該干密度下滑帶土強度較弱，相比其他土層，成為了邊坡的軟弱帶，而水位上升使?jié)B流作用增強，邊坡下滑力增大，安全系數(shù)減小。對于次滑面，在水位高程＞402 m前，對應滑動模式A，臨界滑動面主體處于次滑帶中，且由于當水位高程為372 m和382 m時，地下水位在次滑帶以下，幾乎不影響安全系數(shù)，當?shù)叵滤叱蹋?82 m后，滑坡前緣地下水位高于次滑帶，古滑坡穩(wěn)定性才有所下降。當水位高程達到412 m時，滑動面轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒幽Ｊ紾。當?shù)叵滤焕^續(xù)升高，當水位高程達到422 m時，滑動面轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒幽Ｊ紿。

綜合可知，當?shù)叵滤叱蹋?02 m時，次滑面安全系數(shù)較小，邊坡表現(xiàn)為淺層破壞，當?shù)叵滤叱獭?02 m后，主滑面安全系數(shù)更小，邊坡呈現(xiàn)整體破壞模式。

3.3" 暴雨入滲對邊坡穩(wěn)定性的影響

根據(jù)《降水量等級》（GB/T 28592-2012）規(guī)范［12］，采用屬大暴雨范疇的降雨強度，以驗證暴雨入滲對邊坡穩(wěn)定性影響。選取降雨強度為110 mm/d，降雨參數(shù)如表5所示。

降雨期間古滑坡安全系數(shù)變化曲線如圖6所示，呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，表現(xiàn)出對降雨不敏感的特征。計算過程中未發(fā)生滑動模式的改變和新滑動面的產(chǎn)生，滑動模式及降雨結(jié)束后安全系數(shù)的降幅如表6所示。降雨過程中，基于次滑面的邊坡安全性始終小于主滑面，邊坡表現(xiàn)出淺層破壞模式。

為進一步研究降雨對邊坡的影響，選取滑帶干密度為1.20 g/cm3的計算結(jié)果，分析降雨后邊坡飽和度和位移變化，如圖7所示。由圖7（a）可知，降雨結(jié)束后邊坡表面飽和度提高，與邊坡深層存在一定差異，體現(xiàn)了降雨入滲影響，但入滲范圍較小。兩條滑帶的飽和度高于相鄰土層，表明滑帶起了隔水層作用。從圖7（b）可知，在降雨7 d后，滑帶左側(cè)外露處、殘坡積土左側(cè)和坡腳段的位移相對其他區(qū)域更大，但邊坡的整體位移并不大，最大位移僅為1.6 cm。

選取主滑帶左側(cè)外露處特征點1和右側(cè)坡腳處特征點2，獲得基質(zhì)吸力變化如圖8（a）所示；選取主滑帶左側(cè)外露處特征點3、次滑帶左側(cè)外露處特征點4、殘坡積土左側(cè)特征點5和右側(cè)坡腳處特征點6，獲得位移變化如圖8（b）所示。

由圖8可知，特征點1土體的基質(zhì)吸力在降雨第一天從-400 kPa快速上升到-160 kPa左右，然后增速放緩，在降雨7 d后達到-120 kPa左右。特征點2的吸力也表現(xiàn)出上升趨勢，但上升較為平緩，在降雨第6 d基本歸零，之后孔隙水壓力轉(zhuǎn)為正值，這是因為此時坡腳特征點2處形成了小范圍積水，見后頁圖9。特征點3、4、6位移變化趨勢一致，在位移增大過程中，增速有所放緩，而特征點5雖也表現(xiàn)為位移增加，但其變化曲線類似于“S”形，四個特征點產(chǎn)生的位移介于6～14 mm，降雨并未使邊坡產(chǎn)生足夠破壞的位移。

結(jié)合降雨期間古滑坡飽和度及位移計算結(jié)果，可知在110 mm/d的強降雨持續(xù)作用下，邊坡變形和降雨入滲影響范圍并不大。

4" 結(jié)語

通過分析邊坡模型在不同滑帶土飽和度、地下水位和暴雨三種水力環(huán)境下的安全系數(shù)，可得到以下結(jié)論和建議：

（1）滑帶土的飽和度和干密度變化對邊坡穩(wěn)定性有顯著影響，飽和度增加會導致邊坡安全系數(shù)下降，尤其是次滑面的安全系數(shù)更易受影響，從而增加了淺層滑動的可能性。

（2）地下水位的變化在一定程度上影響邊坡的穩(wěn)定性，尤其是當?shù)叵滤怀^一定高程后，邊坡的安全系數(shù)明顯下降，且滑動面范圍有所擴大。

（3）強降雨對邊坡穩(wěn)定性影響相對較小，表現(xiàn)出對降雨不敏感的特征，邊坡整體變形和降雨入滲影響范圍有限。

綜上所述，公路邊坡穩(wěn)定性受水力環(huán)境變化影響較大，尤其是滑帶土的飽和度和地下水位的變化對邊坡穩(wěn)定性影響最為顯著。因此，在公路邊坡的設計、施工和運營中，應該充分考慮水力環(huán)境因素，采取相應的措施和加固方案，以確保邊坡的安全穩(wěn)定。

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［12］GB/T 28592-2012，降水量等級［S］.

20240316