某高陡邊坡穩定性分析

劉錫儒 潘啟釗 農文龍

（深圳市工勘巖土集團有限公司）

0 引言

通過大量的實踐經驗和理論研究得出，邊坡的穩定性與地下水、工程地質條件、地震作用、巖層裂隙、邊坡上堆載等有關，可以看出，邊坡穩定性分析是非常復雜的。長期以來，大量學者對于邊坡穩定性相關案例與機理的研究已取得了豐碩的成果[1-2]。陳善雄[3]等對降雨的非飽和土邊坡穩定性進行分析，采用極限平衡分析方法,建立了一套能考慮水分入滲的非飽和土邊坡的穩定性分析方法；徐國強[4]等基于一高陡邊坡實例，建立穩定性計算模型，運用極限平衡條分法對邊坡穩定性進行計算。

現階段，眾多學者對邊坡穩定性的大部分研究方法均比較單一。本文通過對南山區少帝路東南側高陡邊坡工程地質條件進行分析，采用赤平投影法、圓弧形滑面法、有限元分析法[5]三種方法對其邊坡穩定性進行定性和定量分析。

1 工程概況

少帝路東南側邊坡景觀提升項目邊坡位于深圳市南山區少帝路東南側，長度約200m，邊坡高度約12.0m～32.0m，坡度在70°～80°之間，局部較為高陡，呈垂直狀態。坡頂為少帝路，坡腳現狀為空地，僅坡面掛網噴混凝土，混凝土厚約10cm，邊坡體主要為中風化和微風化花崗混合巖，坡面表層風化嚴重，局部為塊狀強風化巖，局部坡腳可見掉落的碎塊堆積，坡面局部碎塊較為松散，有崩塌滑落跡象。

場地原始地貌為低丘陵，后經開挖山體、修建道路、居民小區等人類工程活動形成現狀。坡面巖土體局部裸露，有少量雜草分布；坡腳為空地，較為平坦。勘察區地形標高11.91m～45.11m 之間。

本線路經過地段總體地勢較為平坦，現狀地面高程一般為5.90～17.96m，地貌類型為廣花沖洪積平原。

根據勘察結果，場地內地層自上而下依次為：人工填土層（Q4ml），下伏基巖為薊縣系-青白口系混合花崗巖（Jx-QbY）。

本區域地下水較貧乏，地下水類型主要為松散孔隙水，主要賦存于坡腳素填土層中，透水性中等，水補給主要來源于大氣降水滲入補給，向南排泄最終匯入南側海洋。地下水受地貌形態，位置控制明顯，受雨季大氣降水、地表水下滲和側向徑流補給影響較大。

2 邊坡穩定性分析

2.1 赤平投影分析

通過現場地質調繪，邊坡坡頂少帝路內側有基巖出露，對兩個地質調查點測量產狀。各結構面產狀如下：

⑴地質調查點1：①節理面：29°∠20°；②節理面：45°∠70°；③節理面：310°∠35°；④現狀邊坡：150°∠80°。

從圖1 可以看出，結構面的交線與邊坡大角度相交或反傾，有利于邊坡穩定，邊坡處于穩定狀態。

圖1 地質調查點1 赤平投影圖

地質調查點2：①節理面：44°∠35°；②節理面：230°∠80°；③節理面：217°∠65°；④現狀邊坡：150°∠80°。

從圖2 可以看出，①、②交線與坡面同傾，且傾角小于邊坡坡角，不利于邊坡穩定，產生落石或局部坍塌。[6]

圖2 地質調查點2 赤平投影圖

2.2 圓弧形滑面法分析

2.2.1 計算分析工況

根據上述技術工作路線，現狀邊坡的安全穩定性狀態計算分析分為三個工況：

第一工況：現狀邊坡在自然工況下自身的穩定狀態；

第二工況：現狀邊坡在暴雨工況下自身的穩定狀態；

第三工況：現狀邊坡在暴雨+地震工況下自身的穩定狀態。

其中，本項目抗震設防烈度為7 度，設計基本抗震加速度值為0.1g。

2.2.2 圓弧滑動法

根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)5.2.3 條，對最不利8-8’截面采用圓弧形滑面進行穩定性計算。邊坡高度約為32.0m，利用理正巖土計算系列軟件5.11 版采用傾斜土層土坡穩定性計算，按瑞典條分法進行穩定性計算分析，以圓弧法破壞模式搜索最危險滑動面計算評價。

8-8’剖面，考慮少帝路行車荷載（取40kPa），在天然狀態下，邊坡滑動最小安全系數Fs=1.448＞1.35，處于穩定狀態；在暴雨狀態下最小安全系數Fs=1.361＞1.35，處于穩定狀態；在暴雨+地震狀態下，最小安全系數Fs=1.083＜1.15，處于基本穩定狀態。需對其進行支護，以滿足永久性邊坡穩定性要求。

2.3 有限元分析法

2.3.1 三維有限元模型建立

采用MIDAS GTS 有限軟軟件進行建模，見圖3。根據邊坡的平、剖面圖，選取的模型寬度為邊坡坡腳和坡底各一倍邊坡高度，考慮到邊坡為巖質邊坡，下部的巖層較堅硬且穩定，對邊坡穩定性影響較小，因此，取坡腳1 倍邊坡深度范圍作為邊界來確定分析下限。考慮巖土體為半無限體，模型以外不再考慮變形，即設定為固定邊界。

圖3 三維有限元模型圖

2.3.2 有限元分析結果

從圖4 可知，邊坡X 方向（指向坡外）的位移為0.78mm，邊坡坡體最大位移位移在坡中位置，邊坡天然狀態下穩定系數為1.461，邊坡處于穩定狀態。

圖4 邊坡X 方向位移云圖

3 結論

從上述分析可知，圓弧形滑面法和有限元法計算的邊坡穩定性基本一致，因模型考慮了整體性，其穩定性系數與圓弧形滑面法相比整體偏大。

通過赤平投影法、圓弧形滑面法、有限元法對邊坡的穩定性進行分析，得出本項目邊坡的總體評價為：邊坡處于基本穩定狀態。

4 邊坡支護建議

通過對項目邊坡的穩定性分析，建議邊坡采用格構梁+錨桿+掛網噴砼進行支護。[7-8]

格構梁+錨桿支護結構分為桿和錨梁兩部分。把破碎松散的巖土層整合膠結成整體，并錨固在地層深部穩固的巖土體中，使錨桿長度范圍內的軟弱巖土體(層)擠壓密實，提高巖土層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體的位移，提高坡體的整體穩定性，從而達到加固邊坡的目的。這種方法的最大特點是：在保持既有坡面狀態下可深入坡體內部進行大范圍加固；預先主動對邊坡松散巖土層施加正壓力，起到擠密錨固作用；同時，通過對錨桿孔的高壓注漿，漿液充填裂隙和孔隙，又可提高破碎巖體的強度和整體性；結構簡單、施工方便、工期短、造價低廉。適用于裂隙和斷層發育、邊坡工作量巨大的高陡邊坡的治理，可與噴射混凝土或框格護坡相結合。