成都市龍泉驛區某邊坡參數取值研究

，，

(成都市勘察測繪研究院，四川成都610081)

工程邊坡是道路、房屋等規劃建設中常見的一種巖土工程，邊坡失穩垮塌會威脅生命財產安全，學者們對邊坡穩定性的關注和研究最早是從滑坡現象開始的[1-2]。邊坡參數取值在邊坡穩定性分析中至關重要，對邊坡防護設計及造價有著決定性因素。魏斌[3]等利用工程類比的方法確定邊坡合理的力學參數，并通過穩定性計算驗證參數的合理性。張勤[4]等通過工程類比法選取層狀裂隙巖體力學參數，得出的計算結果符合邊坡實際變形特征，驗證了力學參數的合理性。王學坤[5]利用測斜管對邊坡進行數據監測，采用參數反演方法，對邊坡土體強度進行估算。周雪亭[6]用改進BP神經網絡的方法，獲取邊坡力學參數[7]，得出邊坡穩定性系數與傳統極限平衡得出的結果相對誤差小于2%。另有學者根據邊坡蠕變狀態綜合反演分析獲取合理參數[8-15]。

邊坡參數取值的方法很多，各有優缺點。本文將試驗法、工程類比法以及參數反演法得出的力學參數進行綜合分析，結合實際情況，選取合理的巖土力學參數進行邊坡穩定性分析。

1 工程概況

該邊坡位于四川省成都市龍泉驛區洛帶鎮獅子山附近。該場地整體地勢為西高東低，呈上陡中緩下陡的形態，整體坡度為15°～20°，坡向為正東向。邊坡地層主要為含角礫粉質黏土，強、中風化砂質泥巖。場地內含角礫粉質黏土層厚度為1.5～5.0 m，其下為基巖，基巖產狀為92～105∠25°～30°，為順層邊坡。裂隙產狀為30°∠80°，343°∠82°，120°∠89°，裂隙延伸小，控制性結構面為層面，見圖1。

含角礫粉質黏土與基巖接觸面處分布有薄層灰白色夾紫紅色粉質黏土，可塑狀～軟塑狀，遇水極易軟化，力學強度(內聚力C，內摩擦角φ)較低。依據工程地質測繪及類似工程對比分析，該薄層粉質黏土可判斷為現狀邊坡潛在滑動面一；根據地質鉆探資料及調查分析，風化巖體中分布有層間錯動帶，延伸長度為5～10 m，主要物質成分為含有角礫粉質黏土；層面粗糙，閉合～張開0.1～0.3 cm，局部充填黏性土，層面為潛在滑動面二。工程邊坡需進行直立開挖，高度為13.0 m左右，開挖后易形成不穩定工程邊坡。

本工程滑動面一物理力學參數采用室內試驗及工程類比法進行綜合選取；滑動面二為硬性結構面與軟弱結構面交錯，確定滑動面二的力學參數較為困難，針對上述情況，現場進行大量工程地質測繪及調查分析，采用反分析法進行計算，并結合現有規范進行綜合取值。

2 邊坡力學參數取值

2.1 試驗法

通過鉆孔或探槽的方式將潛在滑動面處的黏土及風化巖進行采集密封，送至實驗室進行制樣、試驗，結果見表1。

表1 參數試驗結果

2.2 工程類比法

工程場地附近道路及建筑物施工開挖后出現多次淺表層工程滑坡，采用抗滑樁結合擋土墻進行治理，治理效果較好。該邊坡破壞模式與場地附近工程滑坡破壞模式基本一致，邊坡發生變形跡象十分相似，故對以上工程邊坡進行類比分析。

《成都市醫療廢物處置中心滑坡》(中國建筑西南勘察設計研究院有限公司)2009年勘察報告中提供相關參數見表2。

《成都市固體廢棄物衛生處置場滲濾液處理擴容工程》(四川省地質工程勘察院)(位于本工程正下方)2012年滑坡勘察報告中提供相關參數見表3。

表3 巖土物理力學指標表

2.3 參數反分析

本文主要針對廠房后巖質邊坡進行反分析，根據場地工程地質測繪及調查分析，巖質邊坡近5 a內未發生變形破壞。基于以上情況，本次選取“自重+暴雨”工況進行計算和分析，依據GB 50330—2013《建筑工程邊坡技術規范》中公式(1)—(5)，選擇3-3和4-4剖面(圖2)進行計算分析。

(1)

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]·

tanφ+CL

(2)

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ

(3)

(4)

(5)

式中T——滑體單位寬度重力及其他外力引起的下滑力，kN/m3；R——滑體單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力，kN/m3；C——滑面的內聚力，kPa；φ——滑面的內摩擦角,(°)；L——滑面長度，m；G——滑體單位寬度自重，kN/m3；Gb——滑體單位寬度豎向附加荷載，kN/m3；θ——滑面傾角，(°)；U——滑面單位寬度總水壓力，kN/m3；V——后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力，kN/m3；Q——滑體單位寬度水平荷載，kN/m3；hw——后緣陡傾裂隙充水高度，m。

邊坡巖土主要由含角礫粉質黏土和基巖組成，以基巖為主。邊坡巖體重度取值采用加權平均重度并結合工程經驗，天然重度取21.0 kN/m3，飽和重度為22.0 kN/m3。根據《建筑邊坡技術規范》第4.3.1條相關規定，硬性結構面C=20～50 kPa，φ=18°～27°，軟弱結構面C=10～20 kPa，φ=8°～12°，本次邊坡巖體滑面力學強度反分析計算取值范圍C=13～17 kPa，φ=14°～19°。

從表4、5可以看出，K值隨內摩擦角φ的變化較內聚力C大；因此，內摩擦角較內聚力對邊坡穩定性影響大，即邊坡穩定性對內摩擦角敏感度高于內聚力C。

表4 工程邊坡層間結構面C、φ敏感性分析(3-3剖面)

表5 工程程邊坡層間結構面C、φ敏感性分析(4-4剖面)

通過以上反分析并結合工程邊坡實際變形情況，本工程邊坡按Fs=1.20進行取值較為合理，考慮水對邊坡力學參數有一定軟化作用，結構面(硬性結構面與軟弱結構面)內摩擦角φ為17°～18°，內聚力C為14～15 kPa之間較為合理。

2.4 力學參數綜合選取

結合室內試驗、工程類比及反分析等有關數據，潛在面一參數選取室內試驗，工程類比進行綜合選取；考慮水對邊坡力學參數有一定軟化作用，滑動面二參數選取反分析法并結合現有規范進行綜合選取。力學參數取值見表6。

表6 工程邊坡力學參數綜合選取

3 穩定性計算分析

3.1 剖面選取

針對基覆交界處工程邊坡穩定計算，邊坡滑體為含角礫粉質黏土，滑床為基巖，計算選擇覆蓋層厚度大且后緣較陡的4-4′剖面(圖3)。

3.2 Janbu法穩定性計算成果

對工程邊坡穩定性計算采用簡化Janbu法，計算結果見表7。

表7 工程邊坡穩定性計算成果

通過穩定性計算可知，工程邊坡在天然狀態下處于穩定狀態，與現場調查基本一致；暴雨狀態處于欠穩定狀態。

3.3 開挖邊坡穩定性計算

根據邊坡滑動特點，采用分級支擋，土層滑動主要在邊坡中上部，應采用抗滑樁進行治理。開挖后形成直立順層巖質邊坡，沿層面滑動，巖層傾角取25°，按照GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》A.0.2和DZ/T 0218—2006《滑坡防治工程勘查規范》對滑坡采用平面滑動進行穩定性計算，暴雨工況按1/2充水高度計算，選取典型2-2′和5-5′剖面進行計算，計算剖面見圖4，成果見表8。

剖面各計算工況穩定系數K天然狀態地震+自重暴雨工況2-2′1.0731.0160.9035-5′1.1641.0150.904

開挖后邊坡均處于欠穩定狀態，暴雨工況均為不穩定的狀態。開挖邊坡均應采取防護治理措施。

3.4 三維數值模擬分析

圖5為工程邊坡的FLAC三維地質模型，該模型以垂直向外為X軸正方向，水平向右為Y軸正方向。為驗證邊坡綜合參數取值的合理性，本文將表6的參數代入進行邊坡開挖計算,并采用抗滑樁和錨索聯合支護，最終可得Y=30、60、90、120 m處剖面的X方向位移云(圖6)。

從圖6可知：邊坡在開挖后采用抗滑樁和錨索聯合支護效果較好，位移最大值出現在Y=30 m處樁頂附近，量值在10～25 mm之間，隨距樁頂距離的增加，位移量值逐漸減小。結合工程邊坡位移監測布置(圖7，選取部分位移量較大監測點)，圖8為聯合支護后，樁頂監測點的X方向位移累積。

由圖8可知：實測點X方向累積位移值集中在7～25 mm之間，其中5號監測點位移值最大，達到24 mm。數值模擬計算值和監測值基本一致，進而證明邊坡力學參數取值較為合理性。

4 結論

考慮到工程力學參數求解方法各自的不合理性，本文將試驗法、工程類比法以及參數反分析法獲取的參數進行對比分析，再結合實際工程地質條件，得出研究區域邊坡綜合力學參數，通過對邊坡穩定性計算及后期運行效果，得出以下結論。

a) 室內試驗單一且離散較大時，可采用室內試驗結合工程類比法綜合取值，能較為合理選取巖土力學參數。

b) 邊坡順層滑動，硬性結構面與軟弱結構面相間，較準確、合理取值難度大，可通過工程反分析并結合規范等進行合理選取巖土力學參數。

c) 本工程邊坡巖土力學參數取值較為困難，現場取值試驗結果具有一定離散性，應采用多種方法進行綜合分析；根據計算、模擬及監測結果，參數取值結果符合實際情況。

d) 現狀工程邊坡為穩定較好，開挖后邊坡處于欠穩定狀態，暴雨工況下邊坡失穩，工程中應對此類邊坡引起重視。