黃土地區(qū)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析及評(píng)價(jià)

李 瑞

（山西華晉巖土工程勘察有限公司， 山西 太原 030021)

1 邊坡概況

擬建場(chǎng)地位于太原市楊家峪村，因擬建建筑需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地進(jìn)行整平：場(chǎng)地東、西、北側(cè)邊坡，屬于填方區(qū)，需要在天然邊坡上進(jìn)行回填，按±0.0m考慮，后期形成的坡高約10.0～30.0m；南側(cè)屬于挖方區(qū)，按±0.0m考慮，后期形成的填土邊坡坡高約7.0m。本次勘察現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)建筑邊坡的坡體材料、邊坡高度、填土厚度及場(chǎng)地各地段±0.0m共劃分為填方區(qū)、挖方區(qū)兩大區(qū)。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）表3.2.1該場(chǎng)地邊坡破壞后果很?chē)?yán)重，安全等級(jí)劃分為一級(jí)，該邊坡場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境屬于中等復(fù)雜，綜合確定該邊坡的工程勘察等級(jí)為一級(jí)。

2 邊坡地質(zhì)條件

勘查場(chǎng)地屬于黃土丘陵地貌，北側(cè)為原始地貌，分布有多條縱橫交錯(cuò)的溝谷，南側(cè)為填土堆積地貌，填土厚度最大約25.0m。地形起伏變化很大，場(chǎng)地最高點(diǎn)在南側(cè)，最大高程點(diǎn)約為918m，最低點(diǎn)在場(chǎng)地北側(cè)村子里，最低點(diǎn)高程約為874m，最大高差約44m。

3 地層結(jié)構(gòu)與巖土特性

擬建場(chǎng)地內(nèi)鉆孔揭露的各巖土層的分布由新至老、從上而下依次為：

填土、黃土狀粉土（中等偏高壓縮性土，具有濕陷性）、黃土狀粉質(zhì)黏土（中壓縮性土，具有濕陷性）、粉質(zhì)黏土（中等偏低壓縮性土）、礫砂（物質(zhì)組成以中粗砂、礫石、粉質(zhì)粘土混合而成，局部夾漂石顆粒）、粉質(zhì)黏土、礫砂、物質(zhì)組成以中粗砂、礫石、粉質(zhì)粘土混合而成、粉土（中等壓縮性土）、中砂層[1]。

4 邊坡水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地邊坡體未見(jiàn)地下水，局部位置坡腳可見(jiàn)由降水形成的上層滯水，或傾倒的生活用水。

5 人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)邊坡的影響

擬建場(chǎng)地工程建設(shè)時(shí)進(jìn)行的場(chǎng)地整治將會(huì)形成新的高陡邊坡（人工邊坡）。施工過(guò)程中邊坡的開(kāi)挖及回填將會(huì)破壞土體原有的應(yīng)力平衡，并產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整，從而導(dǎo)致坡體松弛帶及剪切破壞帶的形成，伴隨這一過(guò)程，在邊坡開(kāi)挖面及回填土下方壓縮變形區(qū)內(nèi)的土體因應(yīng)力場(chǎng)的急劇調(diào)整而使坡體應(yīng)力水平超出了土體材料的抵抗能力，產(chǎn)生剪切變形甚至破壞，邊坡可能形成滑坡等災(zāi)害。

6 邊坡的宏觀穩(wěn)定性分析（定性分析）

現(xiàn)有天然邊坡屬于黃土地區(qū)土質(zhì)邊坡，據(jù)地表、地物變形跡象，探井、探槽和鉆孔揭露邊坡地層巖性情況及調(diào)查訪問(wèn)的結(jié)果，地表未發(fā)現(xiàn)滑塌、地裂縫等不良地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡產(chǎn)生整體滑動(dòng)的可能性極小，但坡面在氣候、雨水及風(fēng)化作用的影響下，沿黃土的垂直節(jié)理局部滑塌破壞。

項(xiàng)目工程建設(shè)的場(chǎng)地整治對(duì)該邊坡南部進(jìn)行深切開(kāi)挖、北部回填以及后期的坡上建筑將會(huì)影響邊坡的整體穩(wěn)定性，形成新的高陡邊坡（人工邊坡）。邊坡的開(kāi)挖及回填將會(huì)破壞土體原有的應(yīng)力平衡，并產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整，從而導(dǎo)致坡體松弛帶及剪切破壞帶的形成，伴隨這一過(guò)程，當(dāng)發(fā)生地震、暴雨等不利工況時(shí)，在邊坡開(kāi)挖面及回填土下方壓縮變形區(qū)內(nèi)的土體因應(yīng)力場(chǎng)的急劇調(diào)整而使坡體應(yīng)力水平超出了土體材料的抵抗能力，產(chǎn)生剪切變形甚至破壞，可能形成滑坡等災(zāi)害。

綜合以上分析，該天然邊坡目前整體穩(wěn)定性較好，但在雨水及風(fēng)化作用下局部會(huì)發(fā)生坡面破壞；后期形成的高陡人工邊坡整體穩(wěn)定性較差，在暴雨等各種內(nèi)外營(yíng)力作用下有可能誘發(fā)滑動(dòng)。

7 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算（定量分析）

7.1 計(jì)算公式

本邊坡為土質(zhì)邊坡，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）5.2.3、5.2.4條附錄“對(duì)于均質(zhì)土體邊坡，一般宜采用圓弧滑動(dòng)面條分法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算”，“對(duì)于圓弧形滑動(dòng)面，本規(guī)范建議采用簡(jiǎn)化畢曉普法進(jìn)行計(jì)算”[2]。故本次邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用簡(jiǎn)化Bishop法。

邊坡穩(wěn)定性和推力計(jì)算公式為：

7.1.1 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式

式中：

穩(wěn)定安全系數(shù)K通過(guò)逐步逼近的方法求解。

式中：Fs—邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；

Ci—第i計(jì)算條塊滑面粘聚力（kPa）；

Φi—第i計(jì)算條塊滑面內(nèi)摩擦角（°）；

li—第i計(jì)算條塊滑面長(zhǎng)度（m）；

θi—第i計(jì)算條塊滑面傾角（°），滑面傾向與滑動(dòng)方向相同時(shí)取正值，相反時(shí)取負(fù)值；

Ui—第i計(jì)算條塊滑面單位寬度總水壓力（kN/m）；

Gi—第i計(jì)算條塊單位寬度自重（kN/m）；

Gbi—第i計(jì)算條塊單位寬度豎向附加荷載（kN/m）；方向指向下方時(shí)取正值，指向上方時(shí)取負(fù)值；

Qi—第i計(jì)算條塊單位寬度水平荷載（kN/m）；方向指向坡外時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；

hwi,hw,i-1—第i及第i-1計(jì)算條塊滑面前端水頭高度（m）；

γw—水重度，取10kN/m3；

i—計(jì)算條塊號(hào)，從后方起編；

N—條塊數(shù)量。

7.1.2 邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算

1）各區(qū)分析及計(jì)算模型

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地整治方案，本次計(jì)算剖面選取挖方區(qū)的兩個(gè)典型剖面和填方區(qū)自然剖面坡角大坡面局部部分變形的剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，選取典型剖面的原則是：盡可能與邊坡走向垂直，或與地形等高線垂直以計(jì)算評(píng)價(jià)巖土體穩(wěn)定性為主。

在回填區(qū)，本報(bào)告除對(duì)部分現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行了不同工況條件下邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算外，還對(duì)回填土方對(duì)現(xiàn)狀邊坡的影響進(jìn)行了不同工況條件下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算。在垂直各邊坡走向上選實(shí)測(cè)剖面進(jìn)行分析計(jì)算。

2）計(jì)算工況

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）局部修訂版附錄A和《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g。

坡腳開(kāi)挖、坡頂加荷、降水、地震動(dòng)是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，并考慮坡體飽水情況、地震工況下的穩(wěn)定系數(shù)，因此計(jì)算工況考慮以下三種：

工況一：自重；

工況二：自重+暴雨（飽水）；

工況三：自重＋地震。

3）在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析和反算分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值提出邊坡穩(wěn)定性計(jì)算土層參數(shù)建議值，見(jiàn)表1.1。

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)建議值表 表1.1

4）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

本次計(jì)算采用理正巖土軟件6.0中的理正邊坡穩(wěn)定分析軟件，采用圓弧滑面計(jì)算安全系數(shù)。規(guī)范選用通用方法，計(jì)算方法選用簡(jiǎn)化Bishop法，此方法考慮土條法向條間力，切向條間力為0。土體應(yīng)力采用總應(yīng)力法計(jì)算。

據(jù)前述確定的計(jì)算參數(shù)和計(jì)算模型對(duì)各邊坡體在自重、工況二、工況三分別進(jìn)行整體穩(wěn)定性和推力計(jì)算[3]。據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013），場(chǎng)地建筑邊坡工程安全等級(jí)為一級(jí)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：

當(dāng)K＜1時(shí)，不穩(wěn)定；

1≤K＜1.05，欠穩(wěn)定；

1.05 ≤K＜Kt（安全系數(shù)），基本穩(wěn)定；

K≥Kt（安全系數(shù)），穩(wěn)定。

8 邊坡穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果得到：對(duì)填方區(qū)，工況一條件下，場(chǎng)地原始邊坡以及填方后，邊坡處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）要求。如遇暴雨、地震或人類(lèi)工程活動(dòng)等影響，場(chǎng)地邊坡大部分處于不穩(wěn)定狀態(tài)[4]。場(chǎng)地邊坡在現(xiàn)有狀況下進(jìn)行挖填方等工程活動(dòng)均有可能破壞坡體的應(yīng)力平衡產(chǎn)生崩塌、滑坡。

對(duì)于挖方區(qū)，考慮到本邊坡為永久性邊坡且坡腳為居住環(huán)境，人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)邊坡及生活用水入滲可能性較大，建議采取工程支擋措施。。

9 邊坡防護(hù)及治理方案建議

對(duì)于黃土地區(qū)圖指標(biāo)破，應(yīng)在根據(jù)各坡段邊坡穩(wěn)定性計(jì)算情況及工后使用情況對(duì)場(chǎng)地邊坡采取相應(yīng)的治理措施，確保坡體、坡面穩(wěn)定，防止發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

挖方區(qū)治理方案建議：

（1）距離坡底建筑外墻1m進(jìn)行自然放坡，坡腳處修建3.0-5.0 m重力式擋土墻；

（2）在邊坡坡頂、平臺(tái)、坡腳設(shè)置漿砌片石截、排水溝，盡量減少地表水下滲影響邊坡穩(wěn)定性[5]。

填方區(qū)治理方案建議：

（1）將場(chǎng)地內(nèi)①層雜填土挖除，整平夯實(shí)后采用加筋墊層分層回填，自坡頂整平面標(biāo)高向下每8-10m為一級(jí)邊坡，并設(shè)一道錯(cuò)臺(tái)，依次向下約三到四級(jí)坡，坡腳處消除地基土濕陷性后修建3.0-5.0 m重力式擋墻；

（2）在邊坡坡頂、平臺(tái)、坡腳設(shè)置漿砌片石截、排水溝，排除邊坡區(qū)內(nèi)地表水，減少地表水下滲影響邊坡穩(wěn)定性。可采用防雨水沖刷的漿砌片石拱形骨架護(hù)面，依季節(jié)可進(jìn)行人工播撒草籽養(yǎng)護(hù)，或移栽樹(shù)木美化環(huán)境。