基于極限平衡理論的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

毛梁

【摘 要】為分析桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性，采用極限平衡理論分析計(jì)算了該邊坡開(kāi)挖過(guò)中滑動(dòng)面與安全系數(shù)的變化規(guī)律。分析結(jié)果表明：采用無(wú)支護(hù)的開(kāi)挖方式將引起邊坡安全系數(shù)隨著開(kāi)挖的進(jìn)行逐漸降低，在開(kāi)挖完成后邊坡安全系數(shù)明顯低于規(guī)范要求的最低值。采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)的形式則能在各個(gè)開(kāi)挖階段都滿足安全系數(shù)值大于規(guī)范要求值。因此，建議邊坡的施工和支護(hù)過(guò)程中盡可能的采取邊開(kāi)挖邊支護(hù)的形式進(jìn)行處理。

【關(guān)鍵詞】極限平衡理論；邊坡穩(wěn)定性

1 工程概況

桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高邊坡位于大新縣下雷鎮(zhèn)隴益村，設(shè)計(jì)公路采用整體式路基以路塹方式從山坡坡腰穿過(guò)，挖方范圍在K104+700～K104+920之間，長(zhǎng)約220m，中線最大挖深約17.2m（K104+760），左右側(cè)均需切坡，以右側(cè)為主，路基設(shè)計(jì)高程在382.9～390.917m之間。由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，邊坡在施工開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程中基本保持穩(wěn)定，但為了進(jìn)一步了解其變形機(jī)理，選定該工點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 數(shù)值模型

邊坡最大高度為45米，分為五級(jí)進(jìn)行開(kāi)挖，邊坡各級(jí)臺(tái)階統(tǒng)一采用1：1進(jìn)行放坡，每一級(jí)邊坡高度為10米，臺(tái)階寬度為3米，邊坡每級(jí)采用3排錨桿（錨索）進(jìn)行支護(hù)，錨桿采取與邊坡坡面垂直進(jìn)行布置，錨桿的布設(shè)孔徑為150mm，邊坡坡面采用400cm×400cm的鋼筋混凝土網(wǎng)格梁進(jìn)行布置，同時(shí)為了保證邊坡建成后的美觀與在降雨條件下的穩(wěn)定性，在網(wǎng)格梁內(nèi)設(shè)置生態(tài)防護(hù)措施，在網(wǎng)格梁內(nèi)進(jìn)行植草與設(shè)置拱形截水骨架，如圖1所示。進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，選取K104+920斷面為分析斷面，建立二維計(jì)算分析模型。

利用極限平衡計(jì)算軟件Slide5.0進(jìn)行分析，模型中可以體現(xiàn)邊坡巖土體土層分布，錨桿設(shè)置長(zhǎng)度、形式等如圖2所示，所選取的參數(shù)為工地試驗(yàn)室與設(shè)計(jì)院提供數(shù)據(jù)共同確定，極限平衡方法所需的相關(guān)巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖3為算例K104+700-K104+920邊坡典型斷面，Slide計(jì)算軟件對(duì)于邊坡表面拱形框架梁的模擬不能進(jìn)行，但可將其作為安全儲(chǔ)備進(jìn)行考慮。

模型中包括粉質(zhì)粘土與強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r巖土體材料，邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)為8米長(zhǎng)錨桿，錨桿傾角與水平面的夾角為45°，錨桿直徑為130mm，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范（混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50086-2001）要求，錨桿與混凝土砂漿之間的連接強(qiáng)度取800kPa。邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)按照表1選取。

3 計(jì)算結(jié)果分析

圖4-圖6為邊坡開(kāi)挖及時(shí)支護(hù)時(shí)的潛在滑移面位置及安全系數(shù)。圖4-圖5分別為開(kāi)挖一級(jí)、三級(jí)、五級(jí)時(shí)刻并進(jìn)行及時(shí)支護(hù)的的潛在滑移面示意圖。從圖可知，各個(gè)開(kāi)挖時(shí)刻的邊坡的潛在滑移面位置大致位于錨桿能到達(dá)的范圍以內(nèi)，表明錨桿起到了錨固表層巖土體的作用。并且圖4表明開(kāi)挖一級(jí)時(shí)，邊坡支護(hù)與否對(duì)邊坡的安全系數(shù)大小與潛在滑移面的位置無(wú)關(guān)，這是由于開(kāi)挖一級(jí)時(shí)只對(duì)邊坡頂部產(chǎn)生了一定影響，并且是對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性是有利的，因此在進(jìn)行一級(jí)邊坡支護(hù)后，其安全系數(shù)大小與潛在滑移面位置與支護(hù)前是保持不變的。圖7為安全系數(shù)變化規(guī)律，表明邊坡安全系數(shù)為先升高后減低，但隨著支護(hù)措施的加固，邊坡安全系數(shù)又不斷增大。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用極限平衡理論分析了邊坡開(kāi)挖過(guò)程中有支護(hù)條件下的安全系數(shù)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：采用無(wú)支護(hù)的開(kāi)挖方式將引起邊坡安全系數(shù)隨著開(kāi)挖的進(jìn)行逐漸降低，在開(kāi)挖完成后邊坡安全系數(shù)明顯低于規(guī)范要求的最低值。采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)的形式則能在各個(gè)開(kāi)挖階段都滿足安全系數(shù)值大于規(guī)范要求值。因此，建議邊坡的施工和支護(hù)過(guò)程中盡可能的采取邊開(kāi)挖邊支護(hù)的形式進(jìn)行處理。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]