坡外水對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性影響分析

馬居軍

山東省濟(jì)陽(yáng)縣公路管理局，山東 濟(jì)南 251400

影響路堤邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，基本可以分為兩大類：一是邊坡的自身結(jié)構(gòu)因素，由于邊坡土體的力學(xué)特性等產(chǎn)生影響，如巖土體的軟弱結(jié)構(gòu)面等；二是邊坡形成的各種地質(zhì)環(huán)境因素，如地質(zhì)應(yīng)力、地下水等。在自然界中，大多數(shù)存在臨水邊坡的位置，都可能由坡外水位的變化而造成坡內(nèi)地下水的改變，并對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

1 路堤邊坡穩(wěn)定性分析中的不確定性

1.1 模型的不穩(wěn)定性

模型的不確定性主要反映在試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的分析方法不同，對(duì)模擬的實(shí)際情況有所差距。所有數(shù)學(xué)模型在模擬巖土材料時(shí)，都會(huì)存在特性的近似，而在建立或者應(yīng)用安全系數(shù)（K）的計(jì)算模型中，可能造成誤差的不確定，這些不確定性主要由于：

1）計(jì)算模型的選擇差距。由于分析坡外水對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性影響的計(jì)算模型有很多，而且不同的模型建立在不同的假定基礎(chǔ)上，應(yīng)用于不同地質(zhì)對(duì)象。選擇的模型不同，注定會(huì)引起誤差，即使選擇的是恰當(dāng)模型，其基本假定的參數(shù)與內(nèi)容，也與具體工程條件存在差距，因此由其引發(fā)的誤差具有不確定性；

2）力學(xué)分析誤差。在極限平衡法計(jì)算中，一般不會(huì)考慮到滑體自身的力學(xué)作用，即使有些工程中加以考慮，也十分粗糙；在數(shù)值分析法中，對(duì)巖土介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系及破壞準(zhǔn)則等都以假設(shè)形式存在，在力學(xué)分析中的簡(jiǎn)化處理，也會(huì)產(chǎn)生一定誤差，并具有不確定性；

3）影響因素的簡(jiǎn)化。由于安全系數(shù)（K）的計(jì)算較為復(fù)雜，需要考慮多方面因素，但是單純從模型中無(wú)法全部表達(dá)，只好選擇一些主要因素，而適當(dāng)放棄一些次要因素。僅此，影響因素的簡(jiǎn)化，也將帶來(lái)誤差的不確定性。

1.2 參數(shù)的不確定性

參數(shù)的不確定性主要指在計(jì)算模型中，考慮到的各方面因素具有不確定性。參數(shù)的不確定性主要包括外界的分布不確定性、荷載力的大小區(qū)別以及巖土介質(zhì)物理學(xué)的不確定性等。具體內(nèi)容分析如下：

1）樣本不足或調(diào)查差距。巖土介質(zhì)物理學(xué)的參數(shù)“真值”是未知的，需要通過(guò)一系列試驗(yàn)樣本等結(jié)果進(jìn)行估算。但是由于受到試驗(yàn)條件或樣本條件的限制，試驗(yàn)不可能完全徹底，或者由于樣品不足也會(huì)形成誤差。另外，對(duì)于不同樣本的估算，也會(huì)獲得不同結(jié)果，它們可能與“真值”之間存在一定差距；

2）試驗(yàn)或者勘測(cè)的誤差；

3）巖土性質(zhì)的可變性。由于天然巖土介并不是均質(zhì)材料，受到長(zhǎng)期的復(fù)雜物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)等作用，其物理學(xué)性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間空間而呈現(xiàn)隨機(jī)分布。對(duì)于同一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，不同位置的物理學(xué)性能指標(biāo)差距1個(gè)～2個(gè)數(shù)量級(jí)，而且這種巖土介質(zhì)特性的不斷變化，是其自身固有的性質(zhì)，無(wú)法通過(guò)人為因素控制。巖土介質(zhì)的物理學(xué)特性多需要借助某種試驗(yàn)或者勘測(cè)方法而直接獲得。但是由于受到科學(xué)技術(shù)的限制，有些試驗(yàn)儀器難以達(dá)到試驗(yàn)需要的精度，再加上試驗(yàn)方法的不確定性，都可能為最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來(lái)干擾。因此，各種因素都有可能帶來(lái)試驗(yàn)結(jié)果的誤差，且這種誤差具有不確定性，但是也可以通過(guò)人為因素盡量降到最低。

2 坡外水對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性的影響計(jì)算

2.1 計(jì)算模型的搭建

以某魚(yú)塘區(qū)的路基為例，需先將底部淤泥清理到硬底部位，換填厚度約為2m的亞粘土，再繼續(xù)進(jìn)行堆載、路基和路堤的施工。路堤的高度應(yīng)以填筑壓實(shí)后的高度為準(zhǔn)，而無(wú)需考慮施工堆載過(guò)程中產(chǎn)生的超載高度。斷面模型如圖1所示：

圖1 路基和路堤斷面模型

2.2 參數(shù)計(jì)算

在施工設(shè)計(jì)階段，一般不會(huì)涉及巖土的參數(shù)資料，因此需要計(jì)算巖土參數(shù)。根據(jù)土工試驗(yàn)報(bào)告，獲得各巖土層中的參數(shù)值。由于堆載施工與路堤填筑的速度比較快，再加上需要進(jìn)行地基打設(shè)袋裝砂井的處理工作，因此對(duì)軟土應(yīng)該考慮到參數(shù)計(jì)算、排水固結(jié)等，使用固結(jié)不排水的試驗(yàn)值。

2.3 瀝青面層厚度變化

早期修建的高速公路面層結(jié)構(gòu)：國(guó)道主干線一般為4cm細(xì)粒式AC+5cm中粒式（粗粒式）AC+7cm粗粒式AC，瀝青面層總厚度為16cm；山東地方高速公路為4cm細(xì)粒式AC+5cm中粒式（粗粒式）AC+6cm粗粒式AC ；新世紀(jì)中期山東省高速公路一般為 4cm細(xì)粒式AC+6cm中粒式（粗粒式）AC+8cm粗粒式AC；近期路面結(jié)構(gòu)一般根據(jù)交通量來(lái)確定，4cm～6cm細(xì)粒式（中粒式）AC+6～8cm中粒式（粗粒式）AC +8～12cmATB。瀝青面層厚度變化如圖2所示。

圖2 瀝青面層厚度變化

2.4 工況的計(jì)算

參照路堤兩側(cè)是否存在蓄水并作用在路堤坡腳位置，應(yīng)考慮將模型兩側(cè)的水深2m處及水抽干兩種情況下，進(jìn)行路堤穩(wěn)定性計(jì)算。當(dāng)存在坡外水時(shí)，應(yīng)將坡外的靜水壓力附在坡面上方，以飽和重度考慮水位以下的土體狀況。

2.5 計(jì)算結(jié)果分析

經(jīng)測(cè)量結(jié)果，通過(guò)對(duì)抽水前與抽干水后的路堤穩(wěn)定情況比較，路堤邊的穩(wěn)定性主要由軟基強(qiáng)度來(lái)決定，一般路堤失穩(wěn)多由軟基整體失穩(wěn)造成。

3 提高邊坡穩(wěn)定性的措施

3.1 截排水處理工程

截排水工程主要包括地下排水工程與地面排水工程。一方面，地下排水工程中大多采取盲溝形式，可有效改善路堤邊坡的失穩(wěn)問(wèn)題或者其它類型的路基病害都可獲得較好效果；另一方面，地面排水工程則是通過(guò)攔截邊坡的形式，將地面水或者邊坡范圍中的地表水排除。通過(guò)邊坡滲溝方式也可有效排除邊坡的地表滲水或者層間水。

3.2 邊坡防護(hù)工程

通過(guò)在坡面終止植被的方式，也可有效改善坡面土體的固著力，并避免形成表面沖刷。鋪設(shè)草皮應(yīng)盡量選擇其容易成活的季節(jié)。如果是在滿鋪漿砌片石或者漿砌片石的構(gòu)筑物時(shí)，需要在骨架中鋪設(shè)草皮以保護(hù)坡體，或者選用其他骨架護(hù)坡形式夯實(shí)骨架中的填土，避免邊坡出現(xiàn)沖刷或者滲漏。

3.3 支擋處理

如果邊坡內(nèi)部或者坡腳位置產(chǎn)生坍塌，且坍塌體較厚的情況下，清理較困難，甚至可能造成更大面積的坍塌，可根據(jù)滑體推力的大小等，選用漿砌片石擋土墻、錨索、錨桿、錨管注漿等形式，加快實(shí)現(xiàn)邊坡平衡，避免更大范圍的坍塌。

4 結(jié)論

邊坡排水系統(tǒng)是一種網(wǎng)格系統(tǒng),縱、橫向排水溝槽的功能有很大區(qū)別。地區(qū)降雨量大,降雨入滲邊坡后無(wú)法排出,聚集在混凝土防護(hù)層下,土體吸水軟化,強(qiáng)度降低,導(dǎo)致坡面附近安全系數(shù)降低,邊坡失穩(wěn)。環(huán)境與交通的變化，對(duì)公路邊坡原材料有較大影響，采用瀝青路面結(jié)構(gòu)從半剛性基層的一統(tǒng)天下到多元化的路面結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在面層厚度的變化，混合料類型的變化，基層類型的變化以及原材的變化等等。

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