基于Bishop法的邊坡穩定性分析

姚艷領

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

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基于Bishop法的邊坡穩定性分析

姚艷領

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

利用Bishop法計算出在不同工況條件下該路段的邊坡穩定性情況；依據區域內的經驗數據，并采取數據的反演方法得出bishop法的基礎數據，在確定了內摩察角c和粘聚力時，采用bishop法搜索最不利滑動面，并在此基礎定量評價滑坡的穩定性程度，為治理措施的選擇提供了針對性較強的量化依據。

Bishop法；邊坡；穩定性；治理

在當今巖土工程領域，邊坡穩定性問題一直是一個活躍的研究課題，這是因為邊坡滑坡是巖土工程中主要的地質災害之一，往往給人民的生命和財產造成巨大的損失。極限平衡分析法是目前評價邊坡穩定性的主要方法，是一種基于平衡理論的數學模型計算分析方法[1-4]。

1 工區概況

由于受到當地降雨以及重車長期反復的作用，攀枝花市米易縣鹽米路K120+300(草場鄉)處路段發生路基沉陷以及路堤邊坡失穩的情況，近25 m道路路基出現沉降變形，道路外側的邊坡也出現了多處裂縫和變形位移的趨勢。如果任由其繼續發展，將對當地居民的生產生活以及鹽米路的安全造成嚴重的影響。

根據鉆探揭露和地表調查，場地地層劃分為3個地層單元：第四系全新統素填土(Q4ml)；第四系路堤邊坡堆積層(Qdel)；三疊系大蕎地組砂巖(T3d)。

場地在區域構造上處于川滇南北向構造帶中段西側，區內構造相對復雜，褶皺、斷裂較發育，以南北向構造為主。擬建場地主要受南北構造斷裂帶影響，根據攀西地區區域地殼穩定性分析可知，擬建場地位于基本穩定區內。地殼屬基本穩定區，場地附近未發生過7級以上的地震。

路堤邊坡區屬熱帶干熱河谷立體氣候。全年干雨季節分明而四季不分明，河谷全年無冬，夏季長達5個多月。多年年均降雨量1 112.6 mm，年均出現冬春少雨干旱，夏秋多雨現象，常有洪澇災害發生。

2 路堤邊坡形成機制分析

路堤邊坡區前緣呈陡坎狀，后緣為斜坡地形，為路堤邊坡的產生提供了下滑空間，有利于路堤邊坡形成和發展。路堤邊坡區內覆蓋層主要為回填碎石土及粉質粘土。表層分布的碎石土為路基回填，壓實不足，透水性較好；下層分布的粉質粘土層具有透水性較弱，結構極不均勻，屬膨脹性土，粘性土含水量變化大，粘土質重。粉質粘土層具有遇水后易軟化、失水易崩解的工程特性，其中的粘土礦物多為高嶺土，易產生光滑面，為路堤邊坡的產生提供了物質條件。下伏砂巖層理呈順坡向，該巖層呈全—強風化狀，薄層狀構造，與上覆粉質粘土層接觸面易形成光滑面。因路堤邊坡區處于豐水地區，導致降雨會加劇路堤邊坡體裂縫及滑面的形成，從而導致路堤邊坡的產生。

3 路堤邊坡穩定性計算評價

根據路堤邊坡發生的地質背景和形成機制，目前未治理時，由于路堤邊坡局部滑動過，坡體表層出現大量的拉裂縫，提高了路堤邊坡土體的透水性，使路堤邊坡體相對于滑床而言成為富含水體。在暴雨、持續降雨或加工況下，路堤斜(邊)坡的變形破壞模式為圓弧形。就目前狀態而言，在水下滲作用下，造成路堤邊坡體大量充水使其穩定性降低是路堤邊坡體產生再次滑動或失穩的主要誘發因素，其次地震作用也是誘發路堤邊坡再次滑動的重要因素。因此穩定性計算分以下3種工況：目前狀態(工況Ⅰ)；天然狀態+7度地震(工況Ⅱ)；暴雨情況下，按路堤邊坡體全部飽和計算天然狀態(工況Ⅲ)。

計算中所采用的巖土物理力學參數的選取合理與否，是計算評價路堤邊坡穩定性的關鍵所在。具體參數根據該區域以往經驗以及參數反演法綜合確定，各地層物理力學參數建議值見表1。

表1 各地層物理力學參數建議值

由于路堤邊坡范圍內主要由人工填土組成，具有土層較厚的特性，路堤邊坡將可能沿坡體內部產生圓弧型滑動，利用采用北京理正軟件根據Bishop法進行搜索最不利的滑面，進行穩定性計算。計算公式如下：

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwicosθi(ai-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(ai+θi)

Ri=Nitgai+CiIi

式中KS——邊坡穩定性系數；

Ci——第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結強度標準值，kPa；

ai——第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值，(°)；

Ii——第i計算條塊滑動面長度，m；

θi，ai——第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角，(°)；

Gi——第計算條塊單位寬度巖土體自重，kN/m；

Gbi——第i計算條塊滑體地表建筑物的單位自重，kN/m；

Pwi——第i計算條塊單位寬度的動水壓力，kN/m；

Ni——第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力，kN/m；

Ti——第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力，kN/m；

Ri——第i計算條塊滑動面上的抗滑力，kN/m。

不同工況條件下的安全系數計算結果見表2。

表2 不同工況條件下的安全系數

根據對路堤邊坡現狀穩定性的分析與計算，路堤邊坡目前處于臨界穩定狀態。但在地震或暴雨作用下存在再次滑動的可能，地震外力作用下或地下水大量下滲，其地質條件、自然環境將會逐漸惡化，在雨季飽水的條件下路堤邊坡還存在緩慢蠕動變形的不穩定態勢，并有向后緣縱深牽引發展的趨勢，應對路堤邊坡采取治理措施。

4 治理措施

4.1方案1

方案1為支擋樁，排水工程，路基處理。

1) 支擋樁：應在路堤邊坡體前緣修建支擋樁。對于支擋工程的位置，應結合周圍的場地平整需要，盡可能利用坡體抗滑段的抗滑力，以減少支擋結構的荷載。同時應針對路堤邊坡及邊坡的具體特點，根據路堤邊坡及邊坡各部分滑面(潛在滑面)的埋深、下滑推力大小等特點，可分段采取不同的整治措施方案。

2) 排水工程

截水溝：在路堤邊坡體后緣邊界外側設置截水溝，將地表水引出路堤邊坡體以外。排水溝：根據路堤邊坡體實際情況可在路堤邊坡體表面設置縱向橫向截排水系統，盡量將地表積水引出路堤邊坡體外，從而減小地表水大量滲入路堤邊坡體內。

4.2方案2

方案2為排水工程，支擋擋墻，路基處理。

因路堤邊坡體及其上部為林地和耕地，可對路堤邊坡進行整體清除，做好路基處理以及截排水設施，并在下部反壓坡腳或修筑支擋擋墻進行支擋。此方案比較利于施工，可增加邊坡處的綠化面積及景觀美化。

5 結 論

1) 該路堤邊坡在暴雨及地震作用下，存在繼續滑動的可能，應盡早進行治理；

2) 勘察場地處于抗震不利地段，抗震設防烈度為7度，設計地震第3組，設計基本地震加速度值為0.10 g，抗震設計特征周期為0.45 s；

3) 勘察場地內地層屬中軟場地土，場地類別為Ⅱ類；

4) 場地范圍內水文地質條件簡單，未發現統一水位面，勘察期間，在路堤邊坡前緣發現有少量地下水滲出。地表水、地下水及地基土對砼結構、砼中鋼筋有微腐蝕性。

[1] 蔣斌松，康偉.邊坡穩定性中BISHOP 法的解析計算[J].中國礦業大學學報，2008,37(3):287-290.

[2] 蔣斌松, 蔡美峰, 呂愛鐘.邊坡穩定性的解析計算[J].巖石力學與工程學報,2004, 23(16):2726-2729.

[3] 戴自航,沈蒲生.土坡穩定分析簡化Bishop法的數值解[J].巖土力學,2002, 23(6):760-764.

[4] 曾維國,車兆學,李旭,羅淵.基于Bishop 法的露天礦邊坡穩定分析與實現[J].采礦與安全工程學報,2012,29(2):265-288.

ASlopeStabilityAnalysisMethodBasedonBishop

YAO Yanling

(FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China)

The usage of Bishop method to be calculated in the section of the slope stability parameters under different conditions is found to be based on empirical data of region. We take data inversion method to obtain the basic data of Bishop method when the internal friction angle and cohesion was identified in search of the sliding surface in the Bishop method. On the basis of the quantitative evaluation of landslide stability, we have found we will provide the choice of governance measures for strong quantitative basis.

Bishop method; Landslide; Stability; Treatment

2016-08-06

姚艷領(1989-)，男，河南人，在讀碩士研究生，研究方向：地質工程，手機：18487147759，E-mail：18487147759@163.com.

TD824.7

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.020