高速公路路塹邊坡穩定性影響因素分析

郭秩映

摘要：在高速公路建設中，邊坡工程較多，施工難度大，變形量大，處理不當易引起增加投資、延誤工期、造成災害等不良后果，因此地質勘察成為邊坡穩定性分析中的重要環節之一。文章分析了某高速公路路塹邊坡穩定性的影響因素，可為類似路塹邊坡的穩定性分析提供參考。

關鍵詞：高速公路；路塹邊坡；穩定性；影響因素

1.工程概況

以某高速公路為例，其開挖總長度為31.22km，施工過程中發現，典型路塹路段樁號為K12+900～K13+020的路段，其最大開挖深度為18.0m，本文通過分析典型挖方路塹路段的穩定性參數，對其中的錨桿預應力值、錨桿加固設計等參數作出進一步優化，從而提高施工路段的安全性和穩定性。

2.工程地質情況

2.1地質條件

針對該工程的具體情況，本文采用了微分電測深、工程地質測繪、原位測試、鉆探等地質勘察方法，以了解該段路塹邊坡的滑坡規模、巖土體特征和滑動面位置等情況，從而制定有針對性的施工方案。（1）地理條件：首先從該段路塹邊坡的自然地理條件來看，地形復雜，屬于典型的丘陵地貌，地勢高差較大，原始地面高程290.0m～324.5m，山體坡度介于10°～25°之間。局部有基巖裸露，植被發育較好。（2）地層巖性條件：經過實地勘察發現，在勘察深度范圍內，該路段出露的地層主要為泥巖、炭質泥巖、砂巖以及第四系更新統（QP）粉質粘土等。（3）水文地質：對水文地質的勘察可以從地表和地下水兩個方面開展，從地表水來看，該路塹段無地表水體發育，只有在暴雨季節才有可能出現地表徑流，地表水向低洼地帶排泄，其中部分沿裂隙直接滲入到滑坡體內。（4）地質構造：通過對該路塹邊坡路段的地層時代和巖相古地理進行研究發現，該路塹邊坡及外圍一定范圍內，具有一個相對穩定的時期，即泥盆晚期～三疊晚期，而該路段在進入三疊晚期后，直到侏羅早期，均具有非常明顯的沉降運動，地質構造獨特。

2.2水質分析

通過對3處鉆孔中所獲取的3組地下水試樣進行化驗分析，并對其水質進行判定發現，該場區的地下水對鋼筋混凝土及該結構中的鋼筋具有輕微的腐蝕性。

2.3巖土物理力學性質

對于該工程，經勘察共獲取擾動土樣2件和原狀土樣7件，對其進行巖土物理力學性質試驗等分析，并在野外對其實施15次標準貫入試驗。

3.建立模型

在實際勘察的基礎上，根據該路塹邊坡實際情況，運用大型有限元軟件FLAC建立了關于該路塹邊坡的有限元模型：（1）該路塹邊坡的整個開挖過程屬于淺挖邊坡，建模時只需考慮坡體本身的自重力。（2）邊坡的左右邊界，對水平方向的自由度進行固定，并適當進行滑動約束，同時將垂直方向的自由度釋放，固定約束模型底部，以模型頂部為自由邊界面，對整個破體的自然滑動過程進行模擬和演示。（3）應用摩爾—庫倫模型作為本構模型，下表1為各材料的相關參數。

4數值模擬影響路塹邊坡的相關因素

通過分析可以發現，路塹邊坡的穩定性影響因素眾多，應根據工程地質條件等情況，明確巖體抗拉強度、粘聚力、水位、內摩擦角、巖體密度等影響因素，然后分別建立對應的參數模型，分析各因素對路塹邊坡穩定性的影響。

（1）粘聚力。根據粘聚力不同的參數模型數值，可以分析判斷出邊坡穩定性與粘聚力的關系，隨著粘聚力的不斷增加，邊坡的穩定性系數也會不斷增加，但是增加速度會逐漸趨于緩慢。

（2）內摩擦角。隨著內摩擦角的變化，路塹邊坡穩定性也會隨之發生相應改變，在內摩擦角從13°增加至38°時，路塹邊坡的穩定性也明顯提高。

（3）坡度。為了解坡度與坡穩定性的關系，可建立不同坡度的參數模型，如坡度為0.8、1.0、1.6、2.0、2.7、2.9等，通過對塑性區和穩定性系數進行計算，從而判斷坡度與邊坡穩定性這兩者之間所具有的關系。

（4）巖體密度。除了上述因素外，巖體密度與邊坡穩定性也具有一定關系，通過改變巖體密度，對其穩定系數進行計算，得出了如圖1的計算結果，通過分析可知，巖體密度與邊坡穩定性系數呈反比例關系，也就是說隨著巖體密度的增大，邊坡穩定性會相應降低，這也是進入雨季，需要對坡體進行排水避免雨水滲入的重要原因。

（5）巖體抗拉強度。在分析過程中，為了解巖體抗拉強度的影響，可通過改變巖體抗拉強度，模擬相關數值，對其與邊坡穩定性的關系進行分析，模擬結果如下圖2所示，在巖體抗拉強度達到2.8MPa以上時，巖體抗拉強度變化不會影響邊坡的穩定性，在巖體抗拉強度位于臨界值（2.8MPa）以內時，對邊坡穩定性系數具有一定影響，但是在超過該臨界值后，對邊坡穩定性基本無影響，由此可見，與其他因素相比，巖體抗拉強度對邊坡穩定性的影響相對較小。

（6）水位線。在模型底平面設置水位標準線，然后建立不同水位線高度的模擬模型。通過對水位線與邊坡穩定性之間的關系進行分析發現，水位線越高，越容易出現小邊坡破壞的情況，尤其是在水位線高度達到4m以上，邊坡的穩定性系數會急劇下降，說明水位線在超過一定高度后會急劇降低邊坡的穩定性。

5.分析各因素敏感性

通過分析發現，各因素對邊坡穩定性具有不同的影響規律，所以為掌握各因素的敏感性，應采用一元化的單位對各因素的影響進行衡量，充分利用參數敏感度分析方法對其影響效果進行分析。

在上述公式中，Si越大則意味著xi與邊坡穩定性的關系越大，計算的各影響因素敏感度，其中內摩擦角所具有的敏感度最大，說明其對邊坡穩定性的影響最明顯，其次為密度和粘聚力，抗拉強度對邊坡穩定性的敏感度最低。

6.結論

高速公路路塹工程建設過程中邊坡穩定性控制極為重要，應盡可能將邊坡失穩造成的危害降至最小，根據工程情況分析影響邊坡穩定性的因素，并對各設計參數進行優化，有助于增強公路邊坡的穩定性，雖然本工程穩定性計算及模擬設計等仍存在一定不足，但它為公路工程建設提供了一種簡單可行的定量分析方法。

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