西南某油庫高邊坡穩定性研究

許廣飛，張沖沖，胡 宣

(貴州大學 喀斯特環境與地質災害防治重點實驗室，貴陽 550000)

1 概 述

由于我國西南地區地質環境復雜，在修建基礎設施時，最常見的問題就是開挖高邊坡的破壞形式和穩定性分析，特別是順向高邊坡問題。順層邊坡是指坡面走向、傾向與巖層走向、傾向一致或接近一致的層狀結構巖體斜坡[1]，在建設工程中遇到的問題最大的、最多的就是順向高邊坡的失穩問題[2]。面對順向高邊坡問題，國內外學者進行了大量研究，并在順向高邊坡的形成機制、破壞模式、開挖穩定性研究及支護方式方面取得了一定的成果。于飛[3]、胡啟軍[4]、鄒宗興[5]等對順向高邊坡的破壞機理進行了研究，建立了相應的地質力學模型; 馮君[6]、唐紅梅[7]、徐廷甫[8]等利用室內模型試驗和數值模擬對順層高邊坡的開挖作了進一步的研究，并取得了一定的研究成果; 馮振[9]對高邊坡原位位移監測結果進行分析，研究了抗滑樁對紅砂巖順層邊坡支護后影響高邊坡蠕滑變形的因素。

本文以西南某基礎建設中遇到的順向高邊坡為研究對象，通過對當地工程地質條件的研究，分析在高邊坡開挖過程中可能遇到的穩定性問題。在這個基礎上，提出相應的支護方案并分析各種支護方案的優劣。通過加拿大公司的Geo-Studio軟件的SIGMA/W及SLOPE/W模塊建立模型，對挖方高邊坡變形及穩定性進行計算分析。

2 高邊坡基本特征及支護方案選擇

根據場平規劃，整個勘察場地區主要為斜坡溝槽，本文選取的研究對象為其中的一個順向開挖高邊坡。根據邊坡勘探成果，順傾邊坡存在外傾軟弱結構面，其傾角為20°～38°，變化范圍較大，力學性質差，對挖方高邊坡的穩定性起控制作用。邊坡主要的巖層為角礫巖和泥質白云巖。邊坡的高度為76 m,寬度為265 m，挖方高邊坡高度為31 m。挖方高邊坡的支護方式常采用坡率法+錨索支護。

針對挖方高邊坡的工程特性，采用二維數值模擬方法，對挖方高邊坡的變形破壞模式和穩定性進行模擬分析，優化邊坡坡率，對錨索加固方案進行模擬分析，并提出邊坡坡率和錨索加固方法建議。

3 計算方法及要求

選用加拿大公司的Geo-Studio軟件的SIGMA/W及SLOPE/W模塊建立模型，對挖填邊坡變形及穩定性進行計算分析。根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)、《巖土工程勘察規范》(GB 50021-2001)等的相關規定，建議邊坡的穩定性系數不小于規定的數值。根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ-T0219-2006)，暴雨工況安全系數取1.15。邊坡穩定系數見表1。

表1 邊坡穩定安全系數

1) 由于場區位于抗震設防烈度為Ⅵ度，不考慮地震工況。

2) 計算考慮天然、暴雨兩種工況，計算方法采用畢肖普法/強度折減法。

3.1 地層參數

綜合勘察室內外試驗及前期試驗段數據，模型計算參數取值見表2，層間結構面抗剪強度指標參照《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)。

表2 計算模型參數取值

3.2 錨索參數

錨索鋼絞線規格采用15.2 mm、公稱抗拉強度為1 860 MPa、截面積為181.5 mm2的鋼絞線，每根鋼絞線的極限張拉荷載Pu為259 kN。

預應力錨索加固是群錨機制，錨索的間距不宜過大。但是當錨索間距過小時，受群錨效應的影響，單根錨索承載力降低，故間距又不能太小。一般規定錨索的間距宜采用3～6 m，最小不應小于1.5 m，本文錨固間距選取4 m左右。

4 挖方高邊坡破壞模式及穩定性計算

該處挖方高邊坡有兩個滑面s1和s2,針對這兩個滑面設計兩種方案。

1) 坡率。方案一：綜合放坡坡率1∶1.3，每級坡高10 m，坡面放坡1∶1.1，馬道寬度2 m。方案二：綜合放坡坡率1∶1.5，每級坡高10進制m，坡面放坡1∶1.3，馬道寬度2 m。

2) 錨索。間距取4～5 m，預應力1 200 kN，錨索長度9～25 m。

5 挖方高邊坡穩定性計算

方案一支護方式的數值模擬結果見圖1-圖4。

圖1 滑面s1、坡率方案一(1∶1.3)、無錨索情況下穩定性計算結果

圖2 滑面s2、坡率方案一(1∶1.3)、無錨索情況下穩定性計算結果

圖3 滑面s1、坡率方案一(1∶1.3)、錨索情況下穩定性計算結果

圖4 滑面s2、坡率方案一(1∶1.3)、錨索情況下穩定性計算結果

方案一的穩定性計算結果見表3。

表3 穩定性計算結果(坡率方案一)

方案二支護方式的數值模擬結果見圖5-圖8。

圖5 滑面s1、坡率方案二(1∶1.5)、無錨索情況下穩定性計算結果

圖6 滑面s2、坡率方案二(1∶1.5)、無錨索情況下穩定性計算結果

圖7 滑面s1、坡率方案二(1∶1.5)、錨索情況下穩定性計算結果

圖8 滑面s2、坡率方案二(1∶1.5)、錨索情況下穩定性 計算結果

方案二的邊坡穩定性計算結果見表4。

表4 穩定性計算結果(坡率方案二)

6 結 論

通過對兩種方案所得結果的分析，可以得到以下結論：

1) 邊坡不支護直接開挖到1 270 m時，可能出現失穩破壞。

2) 方案一按4～5 m間距采用預應力錨索加固后邊坡穩定；方案二按4～5 m間距采用預應力錨索加固后邊坡穩定。方案一的開挖量要小于方案二。