巫山神女峰機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定性分析方法研究

賀林林, 錢(qián) 進(jìn), 趙陳雨, 李志松

(1.重慶交通大學(xué) 國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心,重慶 400074; 2.重慶交通大學(xué) 水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074; 3.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院,重慶 400074)

西南地區(qū)的機(jī)場(chǎng)建設(shè)隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施已經(jīng)得到空前的發(fā)展,但因?yàn)榈匦蔚孛矎?fù)雜、場(chǎng)地平整和凈空條件等要求得不到滿(mǎn)足,所以經(jīng)常需要對(duì)原有場(chǎng)地深挖高填,形成高度超過(guò)20 m的高填方邊坡[1]。在機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)遇到高填方邊坡發(fā)生變形甚至失穩(wěn)的問(wèn)題,如貴陽(yáng)龍洞堡機(jī)場(chǎng)的高填方邊坡曾經(jīng)發(fā)生明顯的變形,攀枝花機(jī)場(chǎng)共發(fā)生過(guò)7次滑坡事故[2-3]。以上所述的工程事故表明,高填方邊坡的安全穩(wěn)定性不容忽視且具有研究的必要性,需要明確此類(lèi)邊坡是否處于安全穩(wěn)定狀態(tài),并指導(dǎo)具有安全隱患的邊坡工程采取加固與治理措施。

目前,定量分析邊坡穩(wěn)定性的方法較多,其中極限平衡條分法和有限元強(qiáng)度折減法的應(yīng)用最為廣泛。前者是根據(jù)不同的假定將邊坡進(jìn)行垂直條分,并搜索潛在滑移面,確定最有可能發(fā)生邊坡破壞的滑移面位置和對(duì)應(yīng)的安全系數(shù);后者是在有限元分析中不斷減小土體的剪切強(qiáng)度參數(shù)直至邊坡產(chǎn)生滑移破壞,從而得到邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)與滑動(dòng)面位置[4]。有關(guān)高填方邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡治理方面,學(xué)者們已開(kāi)展較多研究工作,文獻(xiàn)[5]通過(guò)以上兩類(lèi)方法開(kāi)展研究并相互驗(yàn)證,共同評(píng)價(jià)邊坡的安全穩(wěn)定性;文獻(xiàn)[6]采用有限元強(qiáng)度折減法全面分析了金工立交高填方邊坡的安全系數(shù)和可能滑動(dòng)面;文獻(xiàn)[7]對(duì)不同填筑方法下機(jī)場(chǎng)高填方邊坡的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[8]對(duì)降雨工況下重慶某高速公路填方邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了重點(diǎn)分析;文獻(xiàn)[9]分析了在不同工況下的西南某機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定性。上述的研究成果為高填方邊坡分析與治理提供了必要的參考與建議,保證了工程的順利實(shí)施。

本文采用不平衡推力法、簡(jiǎn)化Bishop條分法、有限元強(qiáng)度折減法,對(duì)巫山神女峰機(jī)場(chǎng)高填方邊坡某典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過(guò)以上3種方法的對(duì)比分析,明確該高填方邊坡穩(wěn)定性特性,并通過(guò)分析不同工況下邊坡穩(wěn)定性的差異性提出加固邊坡的工程措施,為解決此類(lèi)山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題提供參考與借鑒。

1 工程及地質(zhì)概況

為滿(mǎn)足航空客貨運(yùn)物流業(yè)務(wù)迅速增長(zhǎng)的需要,擬建重慶巫山神女峰民用機(jī)場(chǎng)作為重慶市三峽庫(kù)區(qū)金三角地區(qū)對(duì)外開(kāi)放的窗口。

該機(jī)場(chǎng)位于巫山—奉節(jié)—巫溪三縣地域的幾何中心,場(chǎng)地地層主要分布于泥質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r和白云巖,出露的土層主要為紅黏土及表層的植物土。場(chǎng)地地表紅黏土厚度分布不均勻,多呈硬塑狀,下部紅黏土呈可塑狀,植物土結(jié)構(gòu)松散,力學(xué)性質(zhì)較差,為填方體沿基巖面滑移創(chuàng)造了條件。機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地地下水處于較深位置且水量稀少,因此,在分析時(shí)不考慮機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地地下水對(duì)高填方邊坡安全穩(wěn)定性的影響。

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地整平后,內(nèi)部平坦,但場(chǎng)地周?chē)植即罅康母咛罘竭吰隆８咛罘竭吰挛挥谠夹逼碌貛?最大高度為71.37 m,地形坡角一般為15°～30°,局部陡坡坡腳超過(guò)35°。按照設(shè)計(jì)方案,高填方邊坡區(qū)采用1∶2坡率,按10 m/階進(jìn)行分階放坡。填土填料可以就地取材,使用石灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r碎石塊進(jìn)行填筑,節(jié)省填筑邊坡的成本,按照重慶地區(qū)經(jīng)驗(yàn)對(duì)填土強(qiáng)度參數(shù)取值。本場(chǎng)地高填方邊坡主要是順坡填筑,邊坡穩(wěn)定性較差,容易沿著原有坡面產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。因此本文選取具有代表性的A1段邊坡剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析,其剖面計(jì)算示意圖如圖1所示。圖1中的填土剖面被分成6個(gè)條塊,編號(hào)為E1～E6,各個(gè)條塊的填土面積、長(zhǎng)度和傾角見(jiàn)表1所列。

表1 不同條塊計(jì)算參數(shù)

圖1 A1段剖面計(jì)算示意圖

邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)根據(jù)勘察資料和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值綜合選取,具體參數(shù)取值見(jiàn)表2所列。在本文邊坡穩(wěn)定性分析中,先選取天然和暴雨2種工況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算,邊坡上部填土與紅黏土接觸面為潛在滑動(dòng)面;在清除邊坡地表植物土和紅黏土并進(jìn)行糙坡處理后,邊坡的潛在滑動(dòng)面為填土與石灰?guī)r的接觸面,此時(shí)選取清坡天然和清坡暴雨2種工況進(jìn)行計(jì)算。該邊坡工程屬于一級(jí)工程,查詢(xún)文獻(xiàn)[10]可知,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)范取值為1.35。

表2 邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)

2 極限平衡條分法

極限平衡條分法主要包含以下2個(gè)方面:① 對(duì)條塊間作用力采用不同的假定,從而建立各種簡(jiǎn)化和嚴(yán)密的具體方法,不同方法的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性取決于假定的合理性;② 針對(duì)所有潛在的滑動(dòng)面,確定最臨界破壞狀態(tài)時(shí)的滑移面和安全系數(shù)[11]。根據(jù)條塊間作用力的假定所滿(mǎn)足的力和力矩平衡條件不同,極限平衡條分法主要分為瑞典條分法、簡(jiǎn)化Bishop條分法、不平衡推力法、Janbu普遍條分法和Spencer法等。目前,極限平衡條分法在分析邊坡安全穩(wěn)定性方面已經(jīng)相當(dāng)成熟和完善,不僅考慮到降雨、地震和外部荷載對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果的影響,同時(shí)還可以計(jì)算剩余下滑力等。其中,不平衡推力法和簡(jiǎn)化Bishop條分法在實(shí)際工程邊坡穩(wěn)定性分析中被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用,因此本文采用這2種方法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)。

2.1 不平衡推力法

不平衡推力法分為顯式解法和隱式解法2種,在計(jì)算條塊間推力時(shí),兩者的區(qū)別在于前者將下滑力乘以安全系數(shù),后者將抗滑力除以安全系數(shù)。此方法求解的過(guò)程是將假定滑動(dòng)面上的填土剖面劃分成不同的垂直條塊,對(duì)各個(gè)垂直條塊進(jìn)行受力分析并建立力的平衡方程,求解抗滑力與下滑力,兩者的比值被定義為邊坡土體的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。上述方法需要滿(mǎn)足以下假定:土體沿著坡面整體下滑,忽略不計(jì)條塊間產(chǎn)生的變形和摩擦力;條塊之間無(wú)法承受拉力,只能夠傳遞推力;若計(jì)算的條塊推力為負(fù)值,則推力無(wú)法向下傳遞,且取值為0;條塊間合力的方向平行于上一條塊底面方向[12]。不平衡推力法的條塊受力分析圖如圖2所示。

圖2 不平衡推力法的條塊受力分析圖

計(jì)算公式如下:

(1)

Ri=Nitanφi+ciLi

(2)

Ti=Wisinθi

(3)

顯式解法:

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1

(4)

隱式解法:

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1/Fs

(5)

其中:K為穩(wěn)定系數(shù);θi、θi+1分別為第i、i+1條塊底面和水平方向的夾角;Ri為作用于第i條塊上的抗滑力;Ni為第i塊條塊在滑動(dòng)面上的法向分力;Ti為作用于第i條塊上的下滑力;φi為第i條塊的內(nèi)摩擦角;ψj為傳遞系數(shù);ci為第i條塊的黏聚力;Li為第i條塊在水平方向上的長(zhǎng)度。

針對(duì)本文選取的A1段邊坡剖面,采用本節(jié)所述的不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明:在天然、暴雨、清坡天然和清坡暴雨4種工況下,顯示解法計(jì)算所得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.662、1.165、3.286、2.538;隱式解法計(jì)算所得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.658、1.163、3.268、2.527,2種解法計(jì)算結(jié)果之間的誤差不超過(guò)0.6%,表明在采用不平衡推力法計(jì)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)可以選取其中一種解法。另外,在暴雨工況下,邊坡的安全系數(shù)低于規(guī)范穩(wěn)定安全系數(shù)值1.35,存在邊坡滑移風(fēng)險(xiǎn),另外3種工況下邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)清表糙坡處理后,邊坡的安全穩(wěn)定性得到加強(qiáng),在天然和暴雨工況下,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)較未清坡時(shí)分別增加了98%、118%。

2.2 簡(jiǎn)化Bishop條分法

與傳統(tǒng)的瑞典圓弧法相比,簡(jiǎn)化的Bishop 條分法作出了相應(yīng)的改進(jìn),且被認(rèn)為是最標(biāo)準(zhǔn)的圓弧條分法,目前已被各國(guó)工程界廣泛采納。此方法滿(mǎn)足以下假設(shè):條塊間存在水平力,而不存在豎向剪切力;忽略每個(gè)條塊的力矩平衡條件,只考慮條塊豎向力的平衡[13];不考慮實(shí)際工程中的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題。上述方法的求解過(guò)程需要計(jì)算出條塊底部的法向力,然后建立條塊豎向力和整體力矩平衡方程,將以上方程聯(lián)合求解,從而推導(dǎo)出邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的表達(dá)式為:

Fs=

(6)

其中:Wi為條塊i的自重;ui為條塊i的孔隙水壓力,取值為0;bi為條塊i水平方向上的長(zhǎng)度;φi為條塊i的內(nèi)摩擦角;ci為條塊i的黏聚力;αi為條塊i底部與水平方向的夾角;i=1,2,…,n。

針對(duì)本文選取的A1段邊坡剖面,采用本節(jié)所述的簡(jiǎn)化Bishop條分法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明:在天然、暴雨、清坡天然和清坡暴雨4種工況下,簡(jiǎn)化Bishop條分法計(jì)算所得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.640、1.161、3.087、2.430。其中,暴雨工況下存在邊坡滑移風(fēng)險(xiǎn),其他3種工況下邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于天然和暴雨工況,清表糙坡處理后的安全系數(shù)較未清坡時(shí)分別增加了88%、109%,邊坡的安全穩(wěn)定性得到顯著加強(qiáng)。

綜合上述2種方法的計(jì)算結(jié)果可知,暴雨工況與天然工況相比,邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)偏小且滑動(dòng)區(qū)域增大,主要是由于降雨導(dǎo)致邊坡土體的強(qiáng)度降低,同時(shí)迅速增大了滑移面的剪應(yīng)力導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生滑移破壞。因此,邊坡坡面需要采取格溝護(hù)坡和及時(shí)排水的工程措施。地表植物土和紅黏土力學(xué)性質(zhì)較差,對(duì)原有植被進(jìn)行清除和糙坡處理后,會(huì)增大土體顆粒間的表面摩擦力和咬合力,從而使得土體抗剪強(qiáng)度增大,致使邊坡不易發(fā)生滑動(dòng)。顯而易見(jiàn),清表糙坡處理的工程措施能夠極大地提高高填方邊坡的安全穩(wěn)定性。

3 有限元強(qiáng)度折減法

與極限平衡條分法相比,有限元強(qiáng)度折減法不需要對(duì)邊坡進(jìn)行垂直條分和滿(mǎn)足相關(guān)假定,計(jì)算結(jié)果不僅簡(jiǎn)單精確,還可以對(duì)邊坡的屈服破壞過(guò)程進(jìn)行表達(dá),分析內(nèi)摩擦角、黏聚力等不同因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度,為解決此類(lèi)高填方邊坡工程問(wèn)題奠定了理論基礎(chǔ)。

3.1 有限元強(qiáng)度折減法理論

強(qiáng)度折減的實(shí)質(zhì)就是將土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ同時(shí)除以一個(gè)不斷變化的折減系數(shù),得到很多組新的參數(shù)cm、φm,然后將新參數(shù)作為土體的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行反復(fù)試算,當(dāng)邊坡發(fā)生破壞時(shí)的折減系數(shù)Fr就是穩(wěn)定安全系數(shù)Fs[14]。

本文選取Mohr-Coulomb本構(gòu)模型,依據(jù)其強(qiáng)度理論,黏聚力和摩擦角折減后的表達(dá)式分別為:

cm=c/Fr

(7)

φm=arctan(tanφ/Fr)

(8)

在ABAQUS有限元軟件中通過(guò)定義場(chǎng)變量的方式實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程,具體步驟如下[15]:

(1) 定義折減系數(shù)為一個(gè)場(chǎng)變量,場(chǎng)變量取值范圍為0.1～3.5。

(2) 通過(guò)(7)式、(8)式計(jì)算折減后的巖土體強(qiáng)度參數(shù),包括黏聚力和內(nèi)摩擦角。

(3) 在初始分析步對(duì)整個(gè)有限元計(jì)算模型施加重力荷載,建立地應(yīng)力平衡狀態(tài),此分析步中不對(duì)巖土體強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減。

(4) 在材料編輯模塊輸入折減后的黏聚力、內(nèi)摩擦角以及場(chǎng)變量數(shù)值,并編輯場(chǎng)變量關(guān)鍵字。有限元計(jì)算后輸出場(chǎng)變量與位移關(guān)系云圖,根據(jù)本文采用的邊坡失穩(wěn)判別依據(jù)確定穩(wěn)定安全系數(shù)。

3.2 有限元計(jì)算模型

本文需要對(duì)ABAQUS有限元軟件中的三維高填方邊坡數(shù)值模型采用如下假定:上部填土體為理想彈塑性材料;下部石灰?guī)r層為理想彈性材料,已經(jīng)完成固結(jié)過(guò)程;不考慮地下水的作用[16]。

為消除邊界效應(yīng)給邊坡穩(wěn)定性計(jì)算帶來(lái)的不利影響,在保證填方邊坡坡度和原始地面線(xiàn)位置不變的情況下,需將原始邊坡尺寸適當(dāng)增大。若填方邊坡的坡高為H,填方邊坡可從邊坡坡腳向外延伸1.5H,坡底向下延伸1.5H,坡肩向外延伸2.5H,處理后的填方邊坡模型剖面如圖3所示。

圖3 延伸后填方邊坡有限元模型示意圖

模型主要分為如下2個(gè)部分:上部土層為填土層;下部為石灰?guī)r層。邊坡的填土層與石灰?guī)r層中間分布有一層較薄的紅黏土層,其材料示意圖如圖4所示。

圖4 模型材料示意圖

3.2.1 土體本構(gòu)模型與邊界條件設(shè)置

土體的抗剪強(qiáng)度是邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素,因此選用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型能夠較好地模擬邊坡土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。在ABAQUS有限元軟件中需要確定彈性模量、泊松比、黏聚力和內(nèi)摩擦角等參數(shù),定義土體的本構(gòu)模型。根據(jù)有限元計(jì)算模型和實(shí)際的工程地質(zhì)條件,設(shè)置的邊界條件如下:模型左右兩側(cè)為豎向滑動(dòng)的水平位移約束,頂部為自由邊界,底部為固定端約束。

3.2.2 網(wǎng)格劃分及單元類(lèi)型選擇

ABAQUS有限元軟件提供了很多種網(wǎng)格劃分方法和算法,本文的計(jì)算模型采用結(jié)構(gòu)化劃分網(wǎng)格的方式和Medial axis算法,能夠很好地控制網(wǎng)格質(zhì)量,采用八節(jié)點(diǎn)線(xiàn)性六面體單元,共生成9 350 個(gè)網(wǎng)格單元。

3.3 邊坡失穩(wěn)判別依據(jù)

目前,有限元強(qiáng)度折減法主要采用3種邊坡失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)[10,17]:① 有限元計(jì)算結(jié)果不收斂;② 邊坡頂部的位移產(chǎn)生突變;③ 土體內(nèi)部形成連續(xù)的塑性貫通區(qū)。人為因素和收斂準(zhǔn)則對(duì)數(shù)值計(jì)算的收斂性影響很大,計(jì)算結(jié)果會(huì)有一定誤差,且缺乏物理意義。邊坡形成連續(xù)的塑性貫通區(qū)不代表土體就一定發(fā)生破壞,還要看產(chǎn)生的塑性變形是否不限制地發(fā)展下去。邊坡頂部位移拐點(diǎn)法物理意義十分明確,能夠與實(shí)際邊坡工程中的位移監(jiān)測(cè)相結(jié)合,具有重要的工程意義。因此本文采用邊坡頂部位移拐點(diǎn)法作為邊坡失穩(wěn)的判別依據(jù)。

3.4 有限元計(jì)算結(jié)果分析

在ABAQUS 有限元軟件完成數(shù)值計(jì)算后,對(duì)其結(jié)果進(jìn)行函數(shù)處理,繪制出邊坡坡面頂點(diǎn)的水平位移與強(qiáng)度折減系數(shù)間的變化關(guān)系,如圖5所示。圖5中坡頂水平位移U1發(fā)生拐點(diǎn)突變時(shí),對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)Fr即為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。

圖5 坡頂水平位移U1與折減系數(shù)Fr關(guān)系曲線(xiàn)

由圖5可知,天然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)、清坡天然和清坡暴雨工況下,經(jīng)過(guò)有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算出的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.861、1.163、3.221、2.541。其中暴雨工況下計(jì)算所得的安全系數(shù)為1.163,小于規(guī)范的安全穩(wěn)定系數(shù)值1.35,表明暴雨工況下存在邊坡滑移的風(fēng)險(xiǎn),其他工況下穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值,邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。

在ABAQUS計(jì)算過(guò)程中,通過(guò)以下2種方法確定滑動(dòng)面位置[18-20]:① 根據(jù)邊坡塑性應(yīng)變區(qū)分布云圖即PEMAG云圖進(jìn)行判斷;② 根據(jù)計(jì)算終止時(shí)的邊坡總位移云圖進(jìn)行判斷。因?yàn)楸┯旯r下邊坡產(chǎn)生滑移的可能性較大,所以本文只選取暴雨工況、清坡暴雨工況下的塑性應(yīng)變?cè)茍D和位移云圖進(jìn)行對(duì)比分析,由此確定2種工況下的滑移面位置,如圖6、圖7所示。

圖6 暴雨工況下邊坡總位移U、塑性應(yīng)變等值線(xiàn)云圖

圖7 清坡暴雨工況下邊坡總位移U、塑性應(yīng)變等值線(xiàn)云圖

由圖6可知,暴雨工況下邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí),塑性應(yīng)變主要集中于填土中部位置和填土與紅黏土交界處,紅黏土遇水容易軟化,抗剪強(qiáng)度會(huì)迅速降低,坡面剪應(yīng)力急劇增大,此時(shí)邊坡容易沿填土與紅黏土交界處滑動(dòng)。從塑性應(yīng)變區(qū)的開(kāi)展情況分析可知,當(dāng)該邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí),其破壞模式為牽引漸進(jìn)式破壞,即從坡腳處開(kāi)始發(fā)生破壞,逐漸向上貫通,坡角處產(chǎn)生最大的塑性應(yīng)變。由圖7可知,在清除地表植物土和紅黏土并進(jìn)行糙坡處理后,填土與石灰?guī)r層直接接觸,此時(shí)邊坡不易發(fā)生潛在滑動(dòng)。因此,清坡暴雨工況下土體內(nèi)部塑性應(yīng)變開(kāi)展區(qū)域減少,且主要集中在填土與基巖面交界處。在填土與石灰?guī)r接觸面的坡腳處,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,因此會(huì)先在坡腳處產(chǎn)生塑性變形。

3.5 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

本文采用了不平衡推力法、簡(jiǎn)化Bishop條分法和強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù),3種計(jì)算方法在各工況下穩(wěn)定安全系數(shù)的匯總結(jié)果見(jiàn)表3所列。

表3 不同工況下穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果

從表3可以看出,3種方法計(jì)算得到的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)都比較接近,可以相互驗(yàn)證其合理性。在上述4種工況下,與不平衡推力法和有限元強(qiáng)度折減法相比,簡(jiǎn)化Bishop條分法計(jì)算的穩(wěn)定安全系數(shù)值偏小,但計(jì)算結(jié)果誤差不超過(guò)6%,原因是不同方法的假定導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差,這種誤差仍然處于合理范圍內(nèi)。

該剖面邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.163,處于不穩(wěn)定狀態(tài),為防止邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)邊坡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采取有效的排水措施。天然與暴雨工況下,經(jīng)過(guò)清表糙坡處理后,3種方法計(jì)算的安全系數(shù)分別增加了98%、88%、73%和118%、109%、118%,驗(yàn)證了清表糙坡處理的措施可以極大地加強(qiáng)高填方邊坡穩(wěn)定性[21-22]。本機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地的高填方邊坡還可以采用放緩坡率、有效支擋、填筑大塊石或塊石砌筑等工程措施加強(qiáng)邊坡安全穩(wěn)定性,但清表糙坡處理相比以上措施,施工簡(jiǎn)單,節(jié)省材料,減少成本,且提高邊坡安全穩(wěn)定性的能力較強(qiáng)。因此,在解決此類(lèi)高填方邊坡安全穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)可優(yōu)先考慮采用清表糙坡處理的工程措施。

4 結(jié) 論

針對(duì)巫山神女峰機(jī)場(chǎng)高填方邊坡,本文采用不平衡推力法、簡(jiǎn)化Bishop條分法和有限元強(qiáng)度折減法對(duì)機(jī)場(chǎng)某典型剖面進(jìn)行了綜合分析比較,得到如下結(jié)論:

(1) 以上3種方法計(jì)算所得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)相接近,計(jì)算結(jié)果誤差不超過(guò)6%。該剖面邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.163,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。其他工況下穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.35,具備一定的安全儲(chǔ)備,邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 天然與暴雨工況下,經(jīng)過(guò)清表糙坡處理后,3種方法計(jì)算的安全系數(shù)分別增加了98%、88%、73%和118%、109%、118%。根據(jù)擬建工程特征,可以對(duì)邊坡地表土層進(jìn)行清除和糙坡處理,加強(qiáng)高填方邊坡的安全穩(wěn)定性。