SLOPE/W軟件在深路塹邊坡穩定性分析中的應用

楊愧

摘要： 采用SLOPE/W軟件，基于極限平衡理論和Bishop法，對深挖路塹邊坡在天然、開挖、開挖暴雨、開挖地震和開挖暴雨地震5種工況條件下的穩定性系數進行計算，為高速公路建設和支護提供依據。結果表明：邊坡在自然條件下基本處于穩定狀態，但在開挖暴雨地震的極端工況下則可能發生破壞。

Abstract： Based on the limit equilibrium theory and Bishop method， this paper applies the SLOPE/W software to the calculation of the stability coefficients in 5 different conditions， such as nature， excavation， excavation in rainstorm， excavation in earthquake， excavation in rainstorm and earthquake， thus providing basis to the highway construction and support. The results show that the slope is stable under the natural condition， but it is likely to be damaged under the extreme conditions of the excavation， earthquake and rainstorm.

關鍵詞： SLOPE/W；極限平衡法；Bishop法；邊坡穩定性；深路塹邊坡

Key words： SLOPE/W；limit equilibrium；Bishop method；slope stability；deep-cutting slope

中圖分類號：U416.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0078-02

0 引言

隨著西部大開發戰略的實施，以云南為代表的西南山區興建了大量的基礎設施和高速公路，進而產生了諸多受地形地貌等影響的工程邊坡的問題[1]。深路塹邊坡就是其中之一，其穩定性分析是高速公路后續建設的重點和難點[2]。

邊坡穩定性分析方法有定性和定量兩類[3]，其中定量分析方法是建立在定性分析基礎之上的。我們常采用的定量方法是極限平衡法[4]，通過對滑面安全系數的計算，從而判斷邊坡的穩定狀況。

SLOPE/W[5-6]是一款基于Bishop法的邊坡穩定性分析軟件，常用于土質、軟巖質及碎巖邊坡的穩定性分析。結合軟件對工程實例進行分析，了解不同工況條件下的穩定性系數，對深路塹邊坡進行穩定性評價。

1 邊坡穩定性計算方法

極限平衡法[4]是邊坡工程中最常用的穩定性分析方法，以垂直條分法為基礎，通過引入條間力的假定使方程組個數與未知變量個數相同，從而利用力的平衡方程求解邊坡的抗滑穩定安全系數。

通常對于圓弧滑動面采用的是Bishop法[4][7]，該方法是一種僅考慮土條間法向力，而不考慮土間剪切力的計算方法。Bishop建立了基于垂直方向靜力平衡的條塊底部法向力方程。條塊底部法向力是安全系數的函數，在Bishop法中，安全系數需要用迭代法進行求解。

為了求解簡化Bishop法的安全系數，必須首先猜想一個初始值。在SLOPE/W中，采用瑞典條分法來計算得安全系數初始值，利用這個初始值來計算和值。反復迭代多次，直至前后兩次的達到容許精度，最終可求解得到安全系數。

2 工程實例

2.1 工程地質概況

場地位于云南省上關至鶴慶高速公路第1合同段K13+075.0～K13+165.0的左幅，深挖路塹段高程介于1969.61～2014.079m之間，相對高差44.469m；屬構造侵蝕（剝蝕）中山地形地貌區，山勢陡峻，地形起伏較大，自然坡度40°～65°。地表大部分基巖出露，植被不發育。在路塹附近無大型斷裂通過，斷裂褶皺發育不強烈。

根據地質調查、坑探以及鉆探揭露結果，該深挖路段范圍內主要地層自上而下為：①Q4el+dl含礫粉質黏土：灰褐色，硬塑狀，角礫成分為強～中風化玄武巖，厚度不大，分布不均勻。②強風化玄武巖：灰褐色，強風化，斑狀結構，杏仁構造，裂隙發育，巖芯呈碎石狀、碎塊狀，風化節理發育，風化色呈灰褐色、灰黃色。③中風化玄武巖：灰褐色，致密狀，中風化，裂隙發育，巖芯呈碎石～柱狀，埋置深度較深。深挖路塹段總長90 m，施工開挖后將在路線左側形成高50.92 m的巖土混合型邊坡。結合其所在區域的地層巖性、坡比等條件，深路塹的地質橫斷面見圖1。

2.2 穩定性計算參數及工況選擇

根據室內巖土試驗、工程地質類比法、反算法及經驗值綜合分析，且同時考慮地下水和降雨滲入坡體等因素的影響，確定的邊坡巖土體參數如表1、2所示。

深路塹邊坡在外荷載（降雨、地震、滲流等）作用下極易發生失穩破壞，對公路建設造成損失，因此在分析此深路塹邊坡時，選取天然工況、開挖工況、開挖暴雨工況、開挖地震工況和開挖暴雨地震工況，在5種情況下對邊坡的穩定性進行分析評價。

2.3 穩定性分析結果

采用Bishop法，通過SLOPE/W軟件進行穩定性計算，各工況條件下的穩定性系數計算結果見圖2-6。

邊坡穩定性計算成果匯總見表3。

分析計算圖和結果匯總表可知：邊坡在自然條件下基本處于穩定狀態。天然工況下，坡體穩定系數為3.059，斜坡處于穩定狀態；邊坡開挖后為1.642，仍處于穩定狀態；開挖工況下，暴雨、地震對邊坡穩定性影響較大。開挖暴雨工況下穩定性系數為1.219，邊坡穩定。開挖地震工況下穩定性系數為1.045，邊坡處于接近極限平衡的狀態。但在開挖暴雨地震的極端工況下，穩定性系數則減小為0.772，邊坡極可能發生整體性破壞。

3 結論

①邊坡在開挖后暴雨、地震及暴雨+地震等工況下坡體穩定性大幅下降，外荷載作用對邊坡穩定性影響較大。②深挖路塹屬于強風化玄武巖高邊坡，坡體巖石裂隙發育，開挖過程中，應防止坡體局部破壞引起的石塊墜落，采用主動防護網支護。③基于極限平衡理論和Bishop法，運用SLOPE/W軟件，能夠求解邊坡的穩定性系數，對邊坡的穩定性進行評價。

參考文獻：

[1]高玉峰.三維土質邊坡穩定性分析方法研究現狀與展望[J].河海大學學報（自然科學版），2015，9（5）：456-464.

[2]祁帥.高速公路深路塹邊坡處理[J].公路交通科技，2013（7）：19-22.

[3]盧坤林.一種邊坡穩定性分析的三維極限平衡法及應用[J].巖土工程學報，2013，12（12）：2276-2282.

[4]褚雪松.邊坡穩定有限元強度折減法與極限平衡法對比[J].人民黃河，2011，10（10）：93-95.

[5]秦凱旭.GEO-SLOPE軟件在某滑坡穩定性計算中的應用[J].災害學，2007，6（2）：21-24.

[6]余灝.GEO-SLOPE軟件在岳武高速公路高邊坡穩定性計算中的應用[J].地基與基礎，2014，28（2）：247-248.

[7]王軍.邊坡穩定性分析的廣義Bishop法[J].江蘇科技大學學報，2009，8（4）：297-300.