西北地區(qū)黃土邊坡穩(wěn)定性分析及評價

王 耀 劉慧明

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

西北地區(qū)黃土邊坡穩(wěn)定性分析及評價

王 耀 劉慧明

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

通過西北某高速公路黃土邊坡工程地質(zhì)條件研究，運用數(shù)值模擬進(jìn)行計算，定量分析邊坡開挖后正常及暴雨工況下邊坡穩(wěn)定性，判定是否滿足規(guī)范要求并提出合理的防治措施，保證高速公路的建設(shè)和安全運營。

黃土，邊坡，穩(wěn)定性計算，定量分析，安全系數(shù)

1 概述

隨著十三五計劃的開始，國家大量增加西北地區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)項目投資。G213策克至磨憨公路樂都至化隆段(以下簡稱“本項目”)位于青海省海東市樂都區(qū)、化隆縣境內(nèi)，是規(guī)劃國家高速公路網(wǎng)的一部分，同時也是青海東部城市群“六縱六橫”對外綜合運輸通道中“四縱”之一“天祝—樂都—化隆”公路，即互助扎隆口—樂都碾伯鎮(zhèn)—化隆巴燕鎮(zhèn)—循化街子鎮(zhèn)—同仁段線的組成部分，是海東市樂都區(qū)南部人文生態(tài)旅游片區(qū)的主要干道之一。項目建成后將極大改善沿線貧困地區(qū)交通條件，加強(qiáng)青海東部城市群內(nèi)部的有效聯(lián)系，快速發(fā)展。

項目起點位于海東市樂都區(qū)碾伯鎮(zhèn)，終點位于預(yù)留路與循化至牙同高速公路交叉處。路線全長53.594 km，穿越地貌主要為構(gòu)造剝蝕高山地貌、侵蝕剝蝕低山丘陵地貌與河流侵蝕堆積三大單元，區(qū)內(nèi)黃土分布較廣。

黃土具有極為發(fā)育的垂直大孔隙，同時由于本身孔隙的直立性和非水穩(wěn)性特征，在受暴雨工況下，雨水極易下滲到邊坡底部，導(dǎo)致黃土濕陷或浸潤線迅速提供，地質(zhì)條件變差引起滑坡。為此，采用Slide軟件對黃土邊坡進(jìn)行正常及暴雨工況下的數(shù)值模擬分析，定量計算邊坡的穩(wěn)定性并提出合理的防治措施。

2 數(shù)值模擬分析原理

目前邊坡穩(wěn)定性定量計算的方法較多，Slide軟件計算原理為Bishop法，其穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式為：

其中，F(xiàn)S為穩(wěn)定系數(shù)；Ci為i土條剪切面所在土層的粘聚力；li為第i塊段滑動面長度,m;Wi為第i塊滑動體重量;ai為i土條剪切面與ox軸正向間的夾角；φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角,(°)。

若所得條塊的滑坡推力為負(fù)值時，說明自該條塊以上的滑體是穩(wěn)定的，并考慮其對下一條塊的推力為0。

3 工點邊坡穩(wěn)定性分析評價

3.1 地理位置及地形地貌

擬評價邊坡位于青海省樂都區(qū)瞿曇鎮(zhèn)斜中村、斜上村境內(nèi)，起止樁號為K27+220～K27+670，開挖長度450.0 m。最大開挖高度位于K27+421左側(cè)，高約26.4 m。地貌單元屬河流侵蝕堆積地貌，微地貌為山體斜坡，自然斜坡的整體坡度為10°～33°，局部斜坡坡度為21°～47°，坡度最大處達(dá)65°(局部)。坡體主要被低矮的雜草覆蓋。設(shè)計為四級坡，坡率均為1∶1.00，坡高8.0 m，每級平臺寬度2.0 m。

3.2 地層巖性

①黃土：褐黃色，稍濕，稍密～中密，主要成分為粉土，具濕陷性，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)～Ⅳ級(很嚴(yán)重)，局部含少量卵礫石。分布于K27+390～K27+670，層厚6.20 m～12.7 m。土石等級為Ⅱ級普通土。

①1黃土：棕紅色、褐黃色、灰黃色，稍濕，稍密～中密，局部含卵礫石及漂石，分布于K27+220～K27+520，層厚2.6 m～9.5 m不等，面波波速290 m/s～365 m/s。土石等級為Ⅱ級普通土。

②卵石土：雜色，中密～密實，主要成分為砂巖、花崗巖、灰?guī)r，大于2.0 cm的顆粒含量為65%～80%，粒徑一般2.0 cm～10.0 cm，局部含漂石，磨圓度一般～中等，呈次棱角狀～次圓狀，空隙被砂及細(xì)粒土充填，揭示厚度1.5 m～7.8 m。土石等級為Ⅲ級硬土。

③粉質(zhì)粘土：棕紅色、褐黃色，硬塑～堅硬，局部含卵礫石，層厚1.7 m～9.3 m不等，未揭穿，分布不均。土石等級為Ⅲ級硬土。

④卵石土：雜色，中密～密實，主要成分為砂巖、花崗巖、角閃巖，大于2.0 cm的顆粒含量為60%～80%，粒徑一般2.0 cm～13.0 cm，局部含漂石，磨圓度中等，呈次圓狀，空隙被砂及細(xì)粒土充填，揭示厚度4.0 m～12.5 m，未揭穿。土石等級為Ⅲ級硬土。

⑤強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：棕紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖性極軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀，塊狀，取芯率90%。揭示厚度4.2 m～4.5 m，未揭穿。土石等級為Ⅳ級軟石。

3.3 計算模型參數(shù)選取

擬評價邊坡主要為黃土、粉質(zhì)粘土和卵石土，各巖土體的強(qiáng)度參數(shù)主要根據(jù)試驗結(jié)合反分析和類似工程經(jīng)驗進(jìn)行取值。由于評價區(qū)，孔隙較大，主要為豎向分布，降雨情況下，邊坡難以形成穩(wěn)定的地下水位。降雨工況條件下，邊坡開挖后，設(shè)計高程以下4 m深度范圍內(nèi)的土體按照飽和考慮，強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的折減，見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)表

3.4 潛在滑面確定

本次潛在滑面的確定在地質(zhì)調(diào)繪和綜合勘察分析等定性基礎(chǔ)上，采用定量綜合確定，根據(jù)邊坡地層情況和坡體結(jié)構(gòu)特征及坡體表面植被情況定性確定，定量計算采用Slide軟件的Bishop計算模型確定，見圖1～圖4。

3.5 穩(wěn)定性計算結(jié)果分析

本次穩(wěn)定性計算斷面主要根據(jù)地形選取K27+542及K27+641兩個位置進(jìn)行分析。

根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果，邊坡主體按照1∶1.00坡率放坡后，K27+542斷面坡體在正常工況下的穩(wěn)定系數(shù)為1.564，降雨工況下的安全系數(shù)為1.420，均處于穩(wěn)定狀態(tài)；K27+641斷面坡體在正常工況下的穩(wěn)定系數(shù)為1.451，降雨工況下的安全系數(shù)為1.372，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，見表2。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

綜合判定該邊坡開挖后在正常工況及降雨工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 邊坡加固

結(jié)合邊坡高度、巖土體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性分析，邊坡按照初擬設(shè)計斷面放坡后，在正常工況及降雨工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；但在暴雨或連續(xù)降雨情況下，黃土和卵石土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對坡面采取骨架植物防護(hù)。同時應(yīng)設(shè)置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設(shè)截水溝，在平臺及坡腳設(shè)排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得再影響邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)積水。

5 結(jié)語

通過對該邊坡的穩(wěn)定性分析研究得出結(jié)論如下：

1)該邊坡在正常工況下，放坡后整體上處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2)在降雨工況下，黃土邊坡孔隙受到雨水影響，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)雖有降低，但仍滿足規(guī)范要求。

3)穩(wěn)定性雖然滿足規(guī)范要求，但暴雨或連續(xù)降雨情況下，黃土和卵石土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，坡面應(yīng)采取骨架植物防護(hù)。

[1] 高德彬.邊坡穩(wěn)定性分析方法綜述[A].地球探測科學(xué)與技術(shù)新法陣[C].2002.

[2] 羅宇生,汪國烈.濕陷性黃土研究與工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] 徐張建,林在貫,張茂省.中國黃土與黃土滑坡[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(7):1297-1312.

[4] JTG D30—2004,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[5] GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

StabilityanalysisandevaluationofloessslopeinNorthwestChina

WangYaoLiuHuiming

(AnhuiTrafficPlanningDesignHeadquaterCo.,Ltd,Hefei230000,China)

Research of loess slope engineering geological conditions of the highway in Northwest China, using numerical simulation to calculate the slope stability， quantitative analysis of slope stability under normal and rainstorm conditions after excavation and put forward reasonable prevention measures, ensure highway construction and safe operation.

loess, slope, stability calculation, quantitative analysis, safety factor

2017-10-04

王 耀(1983- )，男，碩士，工程師； 劉慧明(1978- )，女，碩士，高級工程師

1009-6825(2017)35-0069-02

TU441.35

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