公路邊坡的穩定性分析及危險性評價

左安彩

(中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500)

1 工程概況

1.1 工程基本信息

某邊坡隸屬城市主干路，設計車速60 km/h，工點里程范圍K2+610～K2+710，邊坡最大高度38 m，主要為強化風～中風化泥巖，產狀近水平。

在該邊坡設計方面，原設計為1∶0.75正常放坡，后因征地困難，將支護設計改為四級防護，其中，一級邊坡坡率設計為1∶0.3，并采用錨桿框架梁對一級邊坡防護；二、三級邊坡采用1∶1坡率，四級邊坡采用1∶1.25坡率，均采用TBS防護。每級邊坡設置2 m寬平臺，設置坡頂截水溝和平臺截水溝減少坡面沖刷。

該邊坡于2021年4月開挖成型，2021年9月尚未開始施做錨桿框架梁防護工程，使得其暴露約5個月，期間未做任何防護措施，導致坡面風化剝落嚴重。

1.2 工程地質條件

(1)地形地貌

邊坡所處地貌單元為構造剝蝕地貌，且微地貌屬丘陵地貌；據勘察成果，邊坡區勘察孔高程間于351.22～400.30 m，高差49.08 m，起伏相對較大。

區內斜坡整體地勢下陡上緩特征，下部坡度約45°～50°，中部(邊坡區)坡度約20°～30°，上部坡度約10°～15°。

(2)地質構造

結合區域地質資料，邊坡區未發現斷層及活動性大斷裂通過，地質構造簡單。

總體來說，區內斷裂構造和地震活動較弱，歷史上未發生過強烈地震，屬構造穩定區。

(3)地層巖性

據鉆探成果，邊坡區土層主要以第四系殘坡積層為主，下覆基巖為侏羅系上統遂寧組。

(4)水文地質條件

根據現場調查，邊坡周邊地表水不發育，多以魚塘、水田為主，對邊坡施工或穩定性的影響有限。

地下水主要為上層滯水和裂隙水，前者主要賦存于粉質黏土層的孔隙中，依靠大氣降雨補給，水量不大；后者主要賦存于基巖裂隙中，用水量一般較少，賦存于節理破碎帶。

(5)地震

項目區抗震設防烈度6°，設計地震分組為第一組；結合工程場地類別為Ⅱ類，工程區地震動峰值加速度為0.05 g，特征周期值為0.35 s。

2 邊坡穩定性分析

2.1 穩定性的定性評價

該邊坡于2021年4月開挖成型，2021年9月尚未開始施做錨桿框架梁防護工程。由于該邊坡基巖巖性主要為泥巖，其抗風化能力較弱，加之從開挖至今使得其暴露約5個月，致使坡面風化，且局部剝落嚴重，巖土體存在失穩。

2.2 穩定性的定量評價

結合勘察成果，邊坡基巖主要是泥巖，風化程度主要為強～中風化，結合試驗成果，強風化基巖的天然重度為22.3 kN/m3，飽和重度為24.5 kN/m3；中風化基巖的天然重度為24.0 kN/m3，飽和重度為25.0 kN/m3。穩定性計算所需結構面參數統計如表1所示。

根據邊坡特征及其可能出現的各種荷載情況及組合，計算中主要考慮降雨、地震等，本次選定如下三種工況，計算邊坡穩定性，具體工況組合如下。

表1 邊坡穩定性計算參數

工況1：天然工況

工況2：暴雨工況

工況3：地震工況

最后，邊坡穩定性計算結果表2所示。據表2，該邊坡在3種工況條件下，整體均處于不穩定狀態。

表2 邊坡穩定性計算結果

2.3 穩定性的綜合評價

結合前述邊坡穩定性定性評價及定量評價結果，得該邊坡整體均處于不穩定狀態，若不及時采取加固措施，存在局部失穩風險。

3 邊坡危險性評價

3.1 危險性評價模型的構建

結合相關文獻[8-9]的研究成果，提出利用P×C分級法構建邊坡危險性評價模型，其思路是先利用層次分析法構建評價體系，再利用模糊理論及1～9標度法計算隸屬度和權重值， 以評價邊坡穩定性。

(1)滑坡危險性現狀評價體系的構建

邊坡危險性影響因素相對較多，以“邊坡危險性評價體系”為目標層，通過層次分析法構建后續評價結構，且結合以往經驗，將后續體系劃分為2級結構，即一級評價指標和二級評價指標。具體可知，一級指標共計6個，二級指標共計14個。

(2)危險性評價指標的權值求解

首先，利用1～9標度法構建不同評價指標間的判斷矩陣，并計算其最大特征值λmax及其對應的特征向量b，再以其λmax值計算CR值

(2)

式中：n為評價指標數；RI為誤差控制值。

CR值小于0.1時，說明判斷矩陣構造合理；反之，需更改判斷矩陣，直至滿足要求。

當滿足矩陣構造前提下，對特征向量b進行歸一化處理，所得值即為對應指標的權值。

(3)危險性評價指標的隸屬度求解

考慮到模糊理論中的專家法具有操作簡單、可信度高等優點，因此，提出利用其確定各危險性評價指標的隸屬度。

(4)危險性評價標準

以各危險性評價指標的權值和隸屬度為基礎，通過P×C分級實現危險性得分求解，且結合文獻[8]經驗，危險性等級共計劃分為四級，具體劃分標準及決策如表3所示。

表3 邊坡危險性分級及決策

3.2 危險性評價結果分析

首先，以1～9標度法求得不同評價指標的權值，并邀請20個專家進行隸屬度打分；經統計得到各評價指標的權值及隸屬度結果如表4和表5所示。

其次，結合表3中的危險分及表5中的隸屬度結果，計算得到二級指標的危險性計算結果如表6所示。由表6可知，二級指標的危險性得分范圍為：59.53～82.20，分布范圍相對較大。按危險性得分進行分級，得Ⅱ級指標有1個，所占比例為7.14%；Ⅲ級指標有10個，所占比例為71.43%；Ⅳ級指標有3個，所占比例為21.43%。按照危險性排序，B13指標的危險性得分相對最高，說明人類工程的活動強度對邊坡穩定性的影響相對最大。

表4 評價指標的權值結果

表4(續)

表5 評價指標的隸屬度結果

表6 二級指標的危險性計算結果

類比，再進一步開展一級指標的危險性評價，結果如表7所示。由表7可知，一級指標的危險性得分范圍為：67.66～81.16，分布范圍相對一般。按危險性得分進行分級，得Ⅲ級指標有4個，所占比例為66.67%；Ⅳ級指標有2個，所占比例為33.33%。按照危險性排序，A6指標的危險性相對最大，其次排序依次為A5、A4、A1、A3和A2。

表7 一級指標的危險性計算結果

最后，再進一步對邊坡開展危險性綜合評價，計算結果如下

[76.80]

如上計算結果，該邊坡的危險得分為76.80分，風險等級為Ⅲ級，屬高度危險狀態，不僅應加強監測及巡查，還應建立必要防災預案，且考慮到后續施工持續擾動影響，結合穩定性評價結果，建議盡快開展此邊坡的后續加固處理。

4 結 論

(1)邊坡變形特征顯著，在天然狀態下的穩定性系數間于0.980～1.034，處于不穩定～欠穩定狀態；在暴雨或連續降雨狀態下，穩定性系數間于0.806～0.862，處于不穩定狀態，因此，得此邊坡穩定性相對較弱，開展后續加固處理的必要性顯著。

(2)通過危險性評價，得邊坡的整體危險得分為76.80分，風險等級為Ⅲ級，屬高度危險狀態，且主要的危險源為人類工程活動。

(3)該文結合邊坡基礎地質條件，開展了滑坡穩定性、危險性評價，證明了邊坡開展后續治理的必要性，建議后續可在此基礎上進一步開展后續加固措施研究及評價。