南平市延平區后山較高處路塹高邊坡建模實例分析

鄭志平 （深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 前言

隨著交通量快速增長，南平市延平城區連接內外城區工程正在實施。因山體密集，道路建設條件受限，40～70m高路塹邊坡大量存在。近十五年間延平區發生了大量的山體滑坡，甚至發生了泥石流災害，嚴重影響了道路甚至鐵路正常運行，中國科學院曾組織專家進行調查[1]。

1 南平市延平區滑坡原因分析

綜合資料，滑坡等常發的主要原因如下。

地形因素：部分山體較陡，歷史上有過老滑動面。圍椅狀地形匯集大量雨水，長期降雨雨水滲入滑坡體；開墾農田、修建工程對坡腳進行了削弱，山腰基礎建設增加了邊坡下滑推力，改變了坡體的穩定狀態等。

地質因素：主要巖性為片巖和粉砂巖，強風化片巖和強風化粉砂巖巖體基本質量等級均為Ⅴ類，巖石質量指標為極差的，遇水易軟化，崩解；粉質粘土、粉砂巖殘積黏性土、片巖殘積黏性土力學參數較低，遇水軟化后參數降低明顯。

水文氣象因素：南平屬中亞熱帶季風濕潤氣候，局部山區為中亞熱帶山地氣候，年降雨量平均約1430～2032mm，雨量充沛。國內外發生的滑坡等主要與大量水體滲入滑體有關系[2-4]。

人為因素：坡體范圍渠道滲水、坡頂和坡中部加載、坡腳開挖并未進行有效防護等。

延平區高邊坡工程，應分析工程邊坡的地形地貌、土質情況、充分考慮降雨量大等特點進行處理。據資料，不同人員模型建立精細程度不一，甚至出現欠考慮情況。山體較高時，模型中未削坡部分的建模范圍目前說法不一，實際建模也考慮不一致。本文結合實例，對山體較高時，探討未削坡部分建模范圍，為今后類似工程分析提供參考。

2 地質資料

閩江大橋北橋頭至316國道連接線地質情況如下。

③粉質粘土：灰黃、褐黃色，稍濕-濕，可塑-堅硬，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

④粉砂巖殘積黏性土：灰黃、褐黃色，稍濕-濕，可塑-堅硬，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

⑤片巖殘積黏性土：灰黃、黃褐，稍濕-濕，可塑-硬塑，主要為粘粉粒，具砂感，分布在沿線山體表層。

⑥全風化粉砂巖：黃褐色、灰褐色。粉細砂結構，散體狀構造，主要成分為粘土礦物、石英、少量暗色礦物風化物，巖芯以土狀為主，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。遇水易軟化，崩解。

⑦全風化片巖：黃褐色、灰褐色。變晶結構，散體狀構造，主要成分為粘土礦物、石英、少量暗色礦物風化物，巖芯以土狀為主，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。遇水易軟化，崩解。

⑧1砂土狀強風化粉砂巖：灰黃色，散體結構，巖芯呈砂土狀，手捻易散，遇水易崩解、軟化，巖體極破碎，為極軟巖，巖體基本質量等級均為Ⅴ類；巖石質量指標為極差的。遇水易軟化，崩解。

⑧2碎塊狀強風化粉砂巖：灰黃色，淺灰色，粉細砂結構，塊狀構造，巖芯呈碎塊狀，主要礦物成份為長石、石英，節理裂隙極發育，裂隙面見鐵錳質暗色礦物充填。巖體極破碎，為軟巖，巖體基本質量等級均為Ⅴ類；巖石質量指標為極差。

⑨1砂土狀強風化片巖：灰黃色，散體結構，巖芯呈砂土狀，手捻易散，遇水易崩解、軟化，巖體極破碎，為極軟巖，巖體基本質量等級均為Ⅴ類；巖石質量指標為極差的。遇水易軟化，崩解。

⑨2碎塊狀強風化片巖：灰黃色，淺灰色，變晶結構，塊狀構造，巖芯呈碎塊狀，主要礦物成份為長石、石英，節理裂隙極發育，裂隙面見鐵錳質暗色礦物充填。巖體極破碎，為軟巖，巖體基本質量等級均為Ⅴ類；巖石質量指標為極差。

⑩中風化粉砂巖：青灰、褐灰等，粉細砂結構，塊狀構造，主要礦物成份為長石、石英，巖質較新鮮，堅硬。巖體裂隙較發育-微發育，巖芯多呈柱狀及長柱狀，巖心采取率為66%～100%，RQD多為45～90，巖石單軸飽和抗壓極限值為31.73～75.58MPa，標準值為40.47MPa，屬堅硬巖，巖體完整程度主要為較完整～較破碎，局部為完整，另因構造原因，局部構造裂隙發育，巖體為破碎和極破碎，巖體基本質量等級以Ⅱ～Ⅲ級為主，部分為Ⅳ和Ⅴ級。

中風化片巖：青灰、褐灰等，變晶結構，塊狀構造，主要礦物成份為長石、石英，巖質較新鮮，堅硬。巖體裂隙較發育～微發育，巖芯多呈柱狀及長柱狀，巖心采取率為65%～100%，RQD多為40～90，巖石單軸飽和抗壓極限值為38.2～79.5MPa，標準值為49.31MPa，屬堅硬巖，巖體完整程度主要為較完整～較破碎，局部為完整，另因構造原因，局部構造裂隙發育，巖體為破碎和極破碎，巖體基本質量等級以Ⅱ～Ⅲ級為主，部分為Ⅰ、Ⅳ和Ⅴ級。

3 后山較高處路塹高邊坡未削坡部分建模范圍

D0+120樁號處為路塹邊坡，道路設置主道和輔道，高差4.25m，邊坡總削坡高度為36m，山體未削坡以上約80.75m。本次依據《城市道路路基設計規范》（CJJ 194-2013）Bishop法進行飽和工況圓弧穩定分析。為了分析具有對比性，以下模型除坡頂未削坡范圍寬度不一致外，錨索等設置一致。

圖1 建模至削坡頂水平8m，后用水平線場平

最不利滑動面:

滑動圓心=(4.335,43.967)(m)

滑動半徑=39.648(m)

滑動安全系數=1.455

圖2 建模至削坡頂水平31.75m

最不利滑動面:

滑動圓心=(1.466,53.899)(m)

滑動半徑=52.919(m)

滑動安全系數=1.474

圖3 建模至削坡頂水平36m

最不利滑動面:

地基各巖土層設計計算指標推薦使用值表

滑動圓心=(1.466,53.899)(m)

滑動半徑=52.919(m)

滑動安全系數=1.472

圖4 建模至削坡頂水平72m

最不利滑動面:

滑動圓心=(16.639,99.512)(m)

滑動半徑=93.338(m)

滑動安全系數=1.433

圖5 建模至削坡頂水平108m

最不利滑動面:

滑動圓心=(42.694,123.449)(m)

滑動半徑=89.563(m)

滑動安全系數=1.121

圖6 建模至削坡頂水平138m（模擬至現狀山頂）

最不利滑動面:

滑動圓心=(34.041,196.958)(m)

滑動半徑=162.181(m)

滑動安全系數=1.101

本實例削坡頂部現狀山體較緩，再往上較陡。通過上述圖分析，當后山較高，現狀未削坡部分建模范圍越寬，安全系數越低。

當削坡頂存在較緩現狀斜坡時，建模至削坡頂水平31.75m、36m、72m，最不利滑動面均出現滑弧較大的情況，故安全系數相差不太明顯，但安全系數不斷降低，即后山建模寬為削坡總高度的1～2倍范圍間安全系數相差不太大。但建模至削坡頂水平108m與138m（模擬至現狀山頂）時，安全系數下降明顯，且滑弧主要從坡頂第一排錨索及第二批錨索中滑出，分析原因為現狀山體表層參數較低土體較厚，后山太高，導致表層土體容易出現滑動，故對上面幾排錨索要加強。表層土層較厚時，雖然削坡頂存在較緩現狀斜坡，安全起見，建模仍應考慮至現狀山頂，不容忽略不利情況的分析。

后山較陡時，由于安全系數隨著建模至削坡頂水平范圍加大而降低，故建模時應模擬至后山山頂。

只建模至削坡頂水平8m，后用水平線代替比建模至削坡頂水平36m安全系數小，是因為場平后山后，不利土層底面線模擬太低，與現狀不一致，雖然后山堆載較小，但安全系數卻較低，所以后山建模應模擬現狀山體，建模時不可用人為將后山場平。未削坡部分建模范圍太小，土層延伸寬度有限，容易縮短錨桿（錨索）或采取別的簡單護面形式，未能真實模擬邊坡，容易出安全事故。

4 結論

通過延平區滑坡多發原因分析及對后山較高處的路塹高邊坡實例建模分析表明：

①后山較高時，現狀未削坡部分建模范圍越寬，安全系數越低。當削坡頂存在較緩現狀斜坡，且表層參數較低土層較薄時，后山建模寬為削坡總高度的1～2倍范圍間安全系數相差不太大。

②表層參數較低土層較厚時，雖然削坡頂存在較緩現狀斜坡，安全起見，建模仍應考慮至現狀山頂，不易忽略不利情況的分析。后山現狀較陡時，安全系數隨建模至削坡頂水平范圍加大而降低，應模擬至后山山頂。后山建模應模擬現狀山體，不可人為建模時將后山場平。

③未削坡部分建模范圍不宜太小，太小則不能真實模擬后山情況，容易出安全事故。

④南平市雨水充沛，應計算飽和工況。邊坡需遵循“減載、固腳、強腰、排水”的設計原則。