西北地區黃土邊坡穩定性分析及評價

王 耀 劉慧明

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

西北地區黃土邊坡穩定性分析及評價

王 耀 劉慧明

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

通過西北某高速公路黃土邊坡工程地質條件研究，運用數值模擬進行計算，定量分析邊坡開挖后正常及暴雨工況下邊坡穩定性，判定是否滿足規范要求并提出合理的防治措施，保證高速公路的建設和安全運營。

黃土，邊坡，穩定性計算，定量分析，安全系數

1 概述

隨著十三五計劃的開始，國家大量增加西北地區基礎建設項目投資。G213策克至磨憨公路樂都至化隆段(以下簡稱“本項目”)位于青海省海東市樂都區、化隆縣境內，是規劃國家高速公路網的一部分，同時也是青海東部城市群“六縱六橫”對外綜合運輸通道中“四縱”之一“天祝—樂都—化隆”公路，即互助扎隆口—樂都碾伯鎮—化隆巴燕鎮—循化街子鎮—同仁段線的組成部分，是海東市樂都區南部人文生態旅游片區的主要干道之一。項目建成后將極大改善沿線貧困地區交通條件，加強青海東部城市群內部的有效聯系，快速發展。

項目起點位于海東市樂都區碾伯鎮，終點位于預留路與循化至牙同高速公路交叉處。路線全長53.594 km，穿越地貌主要為構造剝蝕高山地貌、侵蝕剝蝕低山丘陵地貌與河流侵蝕堆積三大單元，區內黃土分布較廣。

黃土具有極為發育的垂直大孔隙，同時由于本身孔隙的直立性和非水穩性特征，在受暴雨工況下，雨水極易下滲到邊坡底部，導致黃土濕陷或浸潤線迅速提供，地質條件變差引起滑坡。為此，采用Slide軟件對黃土邊坡進行正常及暴雨工況下的數值模擬分析，定量計算邊坡的穩定性并提出合理的防治措施。

2 數值模擬分析原理

目前邊坡穩定性定量計算的方法較多，Slide軟件計算原理為Bishop法，其穩定系數表達式為：

其中，FS為穩定系數；Ci為i土條剪切面所在土層的粘聚力；li為第i塊段滑動面長度,m;Wi為第i塊滑動體重量;ai為i土條剪切面與ox軸正向間的夾角；φi為第i塊段土的內摩擦角,(°)。

若所得條塊的滑坡推力為負值時，說明自該條塊以上的滑體是穩定的，并考慮其對下一條塊的推力為0。

3 工點邊坡穩定性分析評價

3.1 地理位置及地形地貌

擬評價邊坡位于青海省樂都區瞿曇鎮斜中村、斜上村境內，起止樁號為K27+220～K27+670，開挖長度450.0 m。最大開挖高度位于K27+421左側，高約26.4 m。地貌單元屬河流侵蝕堆積地貌，微地貌為山體斜坡，自然斜坡的整體坡度為10°～33°，局部斜坡坡度為21°～47°，坡度最大處達65°(局部)。坡體主要被低矮的雜草覆蓋。設計為四級坡，坡率均為1∶1.00，坡高8.0 m，每級平臺寬度2.0 m。

3.2 地層巖性

①黃土：褐黃色，稍濕，稍密～中密，主要成分為粉土，具濕陷性，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)～Ⅳ級(很嚴重)，局部含少量卵礫石。分布于K27+390～K27+670，層厚6.20 m～12.7 m。土石等級為Ⅱ級普通土。

①1黃土：棕紅色、褐黃色、灰黃色，稍濕，稍密～中密，局部含卵礫石及漂石，分布于K27+220～K27+520，層厚2.6 m～9.5 m不等，面波波速290 m/s～365 m/s。土石等級為Ⅱ級普通土。

②卵石土：雜色，中密～密實，主要成分為砂巖、花崗巖、灰巖，大于2.0 cm的顆粒含量為65%～80%，粒徑一般2.0 cm～10.0 cm，局部含漂石，磨圓度一般～中等，呈次棱角狀～次圓狀，空隙被砂及細粒土充填，揭示厚度1.5 m～7.8 m。土石等級為Ⅲ級硬土。

③粉質粘土：棕紅色、褐黃色，硬塑～堅硬，局部含卵礫石，層厚1.7 m～9.3 m不等，未揭穿，分布不均。土石等級為Ⅲ級硬土。

④卵石土：雜色，中密～密實，主要成分為砂巖、花崗巖、角閃巖，大于2.0 cm的顆粒含量為60%～80%，粒徑一般2.0 cm～13.0 cm，局部含漂石，磨圓度中等，呈次圓狀，空隙被砂及細粒土充填，揭示厚度4.0 m～12.5 m，未揭穿。土石等級為Ⅲ級硬土。

⑤強風化泥質砂巖：棕紅色，泥質結構，層狀構造，巖性極軟，節理裂隙發育，巖芯呈短柱狀，塊狀，取芯率90%。揭示厚度4.2 m～4.5 m，未揭穿。土石等級為Ⅳ級軟石。

3.3 計算模型參數選取

擬評價邊坡主要為黃土、粉質粘土和卵石土，各巖土體的強度參數主要根據試驗結合反分析和類似工程經驗進行取值。由于評價區，孔隙較大，主要為豎向分布，降雨情況下，邊坡難以形成穩定的地下水位。降雨工況條件下，邊坡開挖后，設計高程以下4 m深度范圍內的土體按照飽和考慮，強度參數進行相應的折減，見表1。

表1 邊坡穩定性計算參數表

3.4 潛在滑面確定

本次潛在滑面的確定在地質調繪和綜合勘察分析等定性基礎上，采用定量綜合確定，根據邊坡地層情況和坡體結構特征及坡體表面植被情況定性確定，定量計算采用Slide軟件的Bishop計算模型確定，見圖1～圖4。

3.5 穩定性計算結果分析

本次穩定性計算斷面主要根據地形選取K27+542及K27+641兩個位置進行分析。

根據穩定性計算結果，邊坡主體按照1∶1.00坡率放坡后，K27+542斷面坡體在正常工況下的穩定系數為1.564，降雨工況下的安全系數為1.420，均處于穩定狀態；K27+641斷面坡體在正常工況下的穩定系數為1.451，降雨工況下的安全系數為1.372，均處于穩定狀態，見表2。

表2 邊坡穩定性計算結果

綜合判定該邊坡開挖后在正常工況及降雨工況下均處于穩定狀態。

4 邊坡加固

結合邊坡高度、巖土體結構及穩定性分析，邊坡按照初擬設計斷面放坡后，在正常工況及降雨工況下均處于穩定狀態；但在暴雨或連續降雨情況下，黃土和卵石土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對坡面采取骨架植物防護。同時應設置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設截水溝，在平臺及坡腳設排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得再影響邊坡穩定范圍內積水。

5 結語

通過對該邊坡的穩定性分析研究得出結論如下：

1)該邊坡在正常工況下，放坡后整體上處于穩定狀態。

2)在降雨工況下，黃土邊坡孔隙受到雨水影響，邊坡穩定性系數雖有降低，但仍滿足規范要求。

3)穩定性雖然滿足規范要求，但暴雨或連續降雨情況下，黃土和卵石土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，坡面應采取骨架植物防護。

[1] 高德彬.邊坡穩定性分析方法綜述[A].地球探測科學與技術新法陣[C].2002.

[2] 羅宇生,汪國烈.濕陷性黃土研究與工程[M].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[3] 徐張建,林在貫,張茂省.中國黃土與黃土滑坡[J].巖土力學與工程學報,2007,26(7):1297-1312.

[4] JTG D30—2004,公路路基設計規范[S].

[5] GB 50021—2001,巖土工程勘察規范[S].

StabilityanalysisandevaluationofloessslopeinNorthwestChina

WangYaoLiuHuiming

(AnhuiTrafficPlanningDesignHeadquaterCo.,Ltd,Hefei230000,China)

Research of loess slope engineering geological conditions of the highway in Northwest China, using numerical simulation to calculate the slope stability， quantitative analysis of slope stability under normal and rainstorm conditions after excavation and put forward reasonable prevention measures, ensure highway construction and safe operation.

loess, slope, stability calculation, quantitative analysis, safety factor

2017-10-04

王 耀(1983- )，男，碩士，工程師； 劉慧明(1978- )，女，碩士，高級工程師

1009-6825(2017)35-0069-02

TU441.35

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