公路建設(shè)項(xiàng)目高邊坡支護(hù)模擬仿真與方案優(yōu)化

劉平紅

摘 要：以道路工程為背景，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬仿真，并運(yùn)用離散元法進(jìn)行數(shù)值分析，最后提出邊坡支護(hù)的兩套方案。希望通過文章的分析，為相關(guān)從業(yè)人員提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：邊坡；支護(hù)；優(yōu)化

中圖分類號：U416.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0131-02

Abstract： Taking the road engineering as the background， the slope stability is simulated， and the numerical analysis is carried out by using the discrete element method. Finally， two sets of slope support schemes are put forward， in the hope of providing reference for the relevant professionals through the analysis of the article.

Keywords： slope； support； optimization

公路建設(shè)項(xiàng)目高坡體由于受到節(jié)理面、差異性風(fēng)化、降雨等因素的綜合作用，邊坡的中上部巖體出現(xiàn)了失穩(wěn)掉塊的現(xiàn)象。而隨著風(fēng)化程度的進(jìn)一步加強(qiáng)，以及連續(xù)暴雨的不斷侵蝕，最終可能會(huì)導(dǎo)致坡體的整體垮塌。迫于這種趨勢，迫切需要對邊坡的穩(wěn)定性開展分析研究，為邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 邊坡概況

本文以某省道公路K1+255-K1+677段巖質(zhì)高邊坡作為工程實(shí)例段進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析研究。該邊坡所在地段屬丘陵峽谷型地貌，路線方向北偏東，該段高邊坡長235m，分兩部分，中間夾一小沖溝，邊坡下部幾乎直立，高約40-50m，坡比1：1.65，上部坡角稍緩，邊坡總高約50-60m，由砂巖組成，泥巖夾層少而薄，巖石整體性較好。該類型邊坡以砂巖為主，砂巖呈厚層狀、巨厚層狀，層厚一般大于10m，軟弱夾層為頁巖、泥巖，共3-4層，厚0.5-3.5m，上覆黃土層。

2 邊坡穩(wěn)定性模擬仿真

2.1 模型建立

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況以及現(xiàn)有資料，選取有代表性的第五段邊坡剖面5-1剖面進(jìn)行計(jì)算。第五段邊坡有很好的連續(xù)性，巖層由砂巖、頁巖組成，其中砂巖較厚、頁巖較薄且軟，坡長為400m，坡高為115m。邊坡內(nèi)節(jié)理分為兩種：一產(chǎn)狀130°∠80°，其走勢陡峭且傾向坡外，二產(chǎn)狀220°∠81°，其走勢近似垂直邊坡。

圖1為邊坡的赤平投影，從圖可知，控制邊坡的主要因素為節(jié)理面和巖層層面。因此，計(jì)算時(shí)主要考慮緩傾坡外的層面和裂隙。分別在坡頂、坡體、坡底設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，對施工中坡體的變形情況進(jìn)行監(jiān)測。具體計(jì)算如圖2所示。

2.2 結(jié)果分析

計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮施工時(shí)不同工況，圖天然、飽和工況以及飽和分化工況。具體以坡面5-1計(jì)算為例。

由圖3、圖4可知，邊坡在天然工況下，穩(wěn)定性系數(shù)為1.89時(shí)處于穩(wěn)定，在飽和工況下，穩(wěn)定性系數(shù)為1.4時(shí)處于穩(wěn)定。在兩種工況下邊坡最大位移量分別為：7.33cm、7.68cm，說明在兩種工況下邊坡的形變很小。從放大的位移矢量圖可看出，形變的方向指向坡面臨空一面，而坡腳則指向上，說明變形均由卸載回彈力造成。故在這兩種工況下，變形主要以卸荷回彈變形為主，邊坡為發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。

從各測點(diǎn)的變形的來看，變形曲線處于收斂狀態(tài)，這也可以說明邊坡在這兩種工況下處于穩(wěn)定，即邊坡穩(wěn)定性良好。

通過數(shù)值分析可得，在天然和飽和兩種工況下，邊坡剪應(yīng)力主要在坡腳，坡體完整，邊坡穩(wěn)定，邊坡形變量主要是由卸荷回彈力造成。隨著時(shí)間的變化，巖體會(huì)被逐漸風(fēng)化，則其強(qiáng)度也會(huì)隨之降低，最終坡體會(huì)遭到破壞，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此狀態(tài)下為飽和風(fēng)化工況，邊坡有明顯形變破壞現(xiàn)象，邊坡最大形變主要發(fā)生于邊坡中部以上巖體。

3 邊坡支護(hù)方案優(yōu)化

本文共提出兩套設(shè)計(jì)方案，具體的方案如下：

3.1 方案一：清理滾石、危巖+刷方卸載+掛網(wǎng)噴混+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+排水工程

（1）清理滾石、危巖：清理巖體上的危巖、碎石及孤石。危巖分為1、9、12三種，分別清理750、8.3、122立方米，清理碎石50立方米。共清理石方930.3立方米。

（2）刷方卸載：對邊坡的A、B區(qū)進(jìn)行刷方卸載，并據(jù)地形進(jìn)行放坡。A、B邊坡均分兩階平臺，和三級邊坡，其中一二級坡高均為10m，三級坡高分別為4m、10m，坡比均為1：0.5，每個(gè)臺階均為2m寬。對A、B區(qū)進(jìn)行石方清理，分別清理6069.38m3、11400m3，另外還需進(jìn)行爆破。加上爆破清理石方，共清理石方17469.38m3。

（3）掛網(wǎng)噴混：清理刷方工作完成后，對A、B區(qū)的一二級邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)，然后噴射混凝土進(jìn)行防護(hù)，其中A區(qū)防護(hù)區(qū)域?yàn)?241平方米，其中掛網(wǎng)長124.50m，寬18m。B區(qū)防護(hù)區(qū)為3781.66平方米，掛網(wǎng)長為124.5m、寬為18m。

（4）主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)：對邊坡下部C區(qū)采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，防護(hù)區(qū)域5197.1m2。

（5）排水采用斷面為50cm×50cm的水溝，砌筑材料砂漿采用M7.5，抹面采用M10水泥砂漿，抗壓強(qiáng)度不小于30MPa的塊石。水流由水溝排至排水系統(tǒng)。

3.2 方案二：清理滾石、危巖+掛網(wǎng)噴混+主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+排水工程

（1）清理滾石、危巖：同一方案，清理邊坡上的危巖、孤石、碎石。

（2）掛網(wǎng)噴混：對不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼，防護(hù)區(qū)域?yàn)?475m2。

（3）主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)：用主動(dòng)掛網(wǎng)防護(hù)對A、B區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)區(qū)域分別為3416m2，5197.1m2。

（4）被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)：分別在邊坡的A、B區(qū)域的下部位置采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，其掛網(wǎng)分別長142m、167m，高均為4m，面積分別為568m2、668m2。在邊坡下部C區(qū)域的上部位置掛被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，長為216m，高4m，面積為864m2。被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)總面積為2100m2。

（5）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：同方案一，分別在A、B區(qū)域設(shè)置排水溝，其材料規(guī)格均同方案一，總長度為300m。可使邊坡上部水流有效流入排水系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊明，張可能，劉宇飛，等.基于MATLAB的均質(zhì)土坡穩(wěn)定可靠度的蒙特卡羅模擬[J].地質(zhì)與勘探，2009，45（1）：89-93.

[2]劉華強(qiáng)，殷宗澤.膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究[J].巖土力學(xué)，2010，31（5）：1545-1554.

[3]楊毅.赤平投影法在某邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].四川建材，2016，06：170-171.