黃土地區土質邊坡穩定性的分析及評價

李 瑞

（山西華晉巖土工程勘察有限公司， 山西 太原 030021)

1 邊坡概況

擬建場地位于太原市楊家峪村，因擬建建筑需對現場地進行整平：場地東、西、北側邊坡，屬于填方區，需要在天然邊坡上進行回填，按±0.0m考慮，后期形成的坡高約10.0～30.0m；南側屬于挖方區，按±0.0m考慮，后期形成的填土邊坡坡高約7.0m。本次勘察現場根據建筑邊坡的坡體材料、邊坡高度、填土厚度及場地各地段±0.0m共劃分為填方區、挖方區兩大區。

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）表3.2.1該場地邊坡破壞后果很嚴重，安全等級劃分為一級，該邊坡場地地質環境屬于中等復雜，綜合確定該邊坡的工程勘察等級為一級。

2 邊坡地質條件

勘查場地屬于黃土丘陵地貌，北側為原始地貌，分布有多條縱橫交錯的溝谷，南側為填土堆積地貌，填土厚度最大約25.0m。地形起伏變化很大，場地最高點在南側，最大高程點約為918m，最低點在場地北側村子里，最低點高程約為874m，最大高差約44m。

3 地層結構與巖土特性

擬建場地內鉆孔揭露的各巖土層的分布由新至老、從上而下依次為：

填土、黃土狀粉土（中等偏高壓縮性土，具有濕陷性）、黃土狀粉質黏土（中壓縮性土，具有濕陷性）、粉質黏土（中等偏低壓縮性土）、礫砂（物質組成以中粗砂、礫石、粉質粘土混合而成，局部夾漂石顆粒）、粉質黏土、礫砂、物質組成以中粗砂、礫石、粉質粘土混合而成、粉土（中等壓縮性土）、中砂層[1]。

4 邊坡水文地質條件

擬建場地邊坡體未見地下水，局部位置坡腳可見由降水形成的上層滯水，或傾倒的生活用水。

5 人類工程活動對邊坡的影響

擬建場地工程建設時進行的場地整治將會形成新的高陡邊坡（人工邊坡）。施工過程中邊坡的開挖及回填將會破壞土體原有的應力平衡，并產生應力場的調整，從而導致坡體松弛帶及剪切破壞帶的形成，伴隨這一過程，在邊坡開挖面及回填土下方壓縮變形區內的土體因應力場的急劇調整而使坡體應力水平超出了土體材料的抵抗能力，產生剪切變形甚至破壞，邊坡可能形成滑坡等災害。

6 邊坡的宏觀穩定性分析（定性分析）

現有天然邊坡屬于黃土地區土質邊坡，據地表、地物變形跡象，探井、探槽和鉆孔揭露邊坡地層巖性情況及調查訪問的結果，地表未發現滑塌、地裂縫等不良地質現象，自然邊坡產生整體滑動的可能性極小，但坡面在氣候、雨水及風化作用的影響下，沿黃土的垂直節理局部滑塌破壞。

項目工程建設的場地整治對該邊坡南部進行深切開挖、北部回填以及后期的坡上建筑將會影響邊坡的整體穩定性，形成新的高陡邊坡（人工邊坡）。邊坡的開挖及回填將會破壞土體原有的應力平衡，并產生應力場的調整，從而導致坡體松弛帶及剪切破壞帶的形成，伴隨這一過程，當發生地震、暴雨等不利工況時，在邊坡開挖面及回填土下方壓縮變形區內的土體因應力場的急劇調整而使坡體應力水平超出了土體材料的抵抗能力，產生剪切變形甚至破壞，可能形成滑坡等災害。

綜合以上分析，該天然邊坡目前整體穩定性較好，但在雨水及風化作用下局部會發生坡面破壞；后期形成的高陡人工邊坡整體穩定性較差，在暴雨等各種內外營力作用下有可能誘發滑動。

7 邊坡穩定性計算（定量分析）

7.1 計算公式

本邊坡為土質邊坡，根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）5.2.3、5.2.4條附錄“對于均質土體邊坡，一般宜采用圓弧滑動面條分法進行邊坡穩定性計算”，“對于圓弧形滑動面，本規范建議采用簡化畢曉普法進行計算”[2]。故本次邊坡穩定性計算采用簡化Bishop法。

邊坡穩定性和推力計算公式為：

7.1.1 穩定性系數計算公式

式中：

穩定安全系數K通過逐步逼近的方法求解。

式中：Fs—邊坡穩定性系數；

Ci—第i計算條塊滑面粘聚力（kPa）；

Φi—第i計算條塊滑面內摩擦角（°）；

li—第i計算條塊滑面長度（m）；

θi—第i計算條塊滑面傾角（°），滑面傾向與滑動方向相同時取正值，相反時取負值；

Ui—第i計算條塊滑面單位寬度總水壓力（kN/m）；

Gi—第i計算條塊單位寬度自重（kN/m）；

Gbi—第i計算條塊單位寬度豎向附加荷載（kN/m）；方向指向下方時取正值，指向上方時取負值；

Qi—第i計算條塊單位寬度水平荷載（kN/m）；方向指向坡外時取正值，指向坡內時取負值；

hwi,hw,i-1—第i及第i-1計算條塊滑面前端水頭高度（m）；

γw—水重度，取10kN/m3；

i—計算條塊號，從后方起編；

N—條塊數量。

7.1.2 邊坡的穩定性計算

1）各區分析及計算模型

根據施工現場場地整治方案，本次計算剖面選取挖方區的兩個典型剖面和填方區自然剖面坡角大坡面局部部分變形的剖面進行穩定性計算，選取典型剖面的原則是：盡可能與邊坡走向垂直，或與地形等高線垂直以計算評價巖土體穩定性為主。

在回填區，本報告除對部分現狀邊坡進行了不同工況條件下邊坡穩定系數計算外，還對回填土方對現狀邊坡的影響進行了不同工況條件下的邊坡穩定系數計算。在垂直各邊坡走向上選實測剖面進行分析計算。

2）計算工況

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）局部修訂版附錄A和《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），本場地抗震設防烈度為8度，設計地震分組第二組，設計基本地震加速度值為0.20g。

坡腳開挖、坡頂加荷、降水、地震動是影響邊坡穩定性的主要因素，并考慮坡體飽水情況、地震工況下的穩定系數，因此計算工況考慮以下三種：

工況一：自重；

工況二：自重+暴雨（飽水）；

工況三：自重＋地震。

3）在現場測試、室內試驗參數統計分析和反算分析的基礎上，結合地區經驗值提出邊坡穩定性計算土層參數建議值，見表1.1。

邊坡穩定性計算參數建議值表 表1.1

4）穩定性計算結果及評價

本次計算采用理正巖土軟件6.0中的理正邊坡穩定分析軟件，采用圓弧滑面計算安全系數。規范選用通用方法，計算方法選用簡化Bishop法，此方法考慮土條法向條間力，切向條間力為0。土體應力采用總應力法計算。

據前述確定的計算參數和計算模型對各邊坡體在自重、工況二、工況三分別進行整體穩定性和推力計算[3]。據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），場地建筑邊坡工程安全等級為一級。根據相關規范，其穩定性評價標準為：

當K＜1時，不穩定；

1≤K＜1.05，欠穩定；

1.05 ≤K＜Kt（安全系數），基本穩定；

K≥Kt（安全系數），穩定。

8 邊坡穩定性的綜合評價

根據計算結果得到：對填方區，工況一條件下，場地原始邊坡以及填方后，邊坡處于欠穩定-基本穩定-不穩定狀態，不滿足《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）要求。如遇暴雨、地震或人類工程活動等影響，場地邊坡大部分處于不穩定狀態[4]。場地邊坡在現有狀況下進行挖填方等工程活動均有可能破壞坡體的應力平衡產生崩塌、滑坡。

對于挖方區，考慮到本邊坡為永久性邊坡且坡腳為居住環境，人類活動擾動邊坡及生活用水入滲可能性較大，建議采取工程支擋措施。。

9 邊坡防護及治理方案建議

對于黃土地區圖指標破，應在根據各坡段邊坡穩定性計算情況及工后使用情況對場地邊坡采取相應的治理措施，確保坡體、坡面穩定，防止發生崩塌、滑坡地質災害。

挖方區治理方案建議：

（1）距離坡底建筑外墻1m進行自然放坡，坡腳處修建3.0-5.0 m重力式擋土墻；

（2）在邊坡坡頂、平臺、坡腳設置漿砌片石截、排水溝，盡量減少地表水下滲影響邊坡穩定性[5]。

填方區治理方案建議：

（1）將場地內①層雜填土挖除，整平夯實后采用加筋墊層分層回填，自坡頂整平面標高向下每8-10m為一級邊坡，并設一道錯臺，依次向下約三到四級坡，坡腳處消除地基土濕陷性后修建3.0-5.0 m重力式擋墻；

（2）在邊坡坡頂、平臺、坡腳設置漿砌片石截、排水溝，排除邊坡區內地表水，減少地表水下滲影響邊坡穩定性。可采用防雨水沖刷的漿砌片石拱形骨架護面，依季節可進行人工播撒草籽養護，或移栽樹木美化環境。