濕陷性黃土路塹邊坡穩定性分析與加固技術研究

中圖分類號TU753 文獻標識碼A文章編號2096-8949（2025）08-0140-03

0 引言

濕陷性黃土作為特殊的土壤類型，具有濕陷性、大孔隙性和較低的力學強度，在自然因素的作用下，其物理性質極易發生變化，容易導致邊坡穩定性急劇下降，進而引發滑坡、崩塌等地質災害[，威脅人民生命財產安全和工程建設的正常進行。在黃土高原區域，濕陷性黃土路塹邊坡的穩定性問題尤為突出。這些地區在修建公路、鐵路等交通設施時，不可避免地會形成大量的黃土邊坡，此類邊坡具有橫截面輪廓長、寬、高數值大，工程量巨大等特點，這些特點使邊坡穩定性分析和加固技術成為邊坡工程中的關鍵技術難題。然而，由于黃土邊坡內部組織復雜、失穩過程難以預測以及不同工程條件下邊坡穩定性的差異性，使此類邊坡穩定性分析和加固設計仍面臨諸多挑戰。在該背景下，該研究從工程地質學和土力學的角度出發，對濕陷性黃土的物理力學分析對邊坡穩定性的影響，完成加固技術設計。

1 工程概況

依托工程聚焦于濕陷性黃土路塹邊坡穩定性分析，項目位于黃土丘陵地帶，區域經濟潛力待發掘，既有交通體系以國省干道及鄉間小路為主，交通不便。項目沿線地形多變，涵蓋黃土臺塬、溝壑密布區及少量河谷盆地，地質條件錯綜復雜，不良地質現象頻發，尤以濕陷性黃土滑坡、潛蝕坑及季節性沖溝為主，加之局部存在活動斷裂帶[2]，施工難度與安全風險顯著提升。特殊巖土方面，廣泛分布的強濕陷性粉質黃土成為邊坡穩定的重大挑戰。

該工程路塹開挖深度最大達 1 5 m ，邊坡高聳，峰值約 5 8 m ，工程中采用多級臺階優化設計，坡比調整為1 ： 1 . 3 ～ 1 ： 1 . 7 ，每 1 0 m 設一級。排水系統優化方面，每三級坡間配置一道高效排水渠，確保水流暢通。邊坡平臺寬幅介于 4 ～ 1 5 m 之間，以C30鋼筋混凝土強化，厚度為 0 . 3 5 m ，邊坡平臺設計有效增強了邊坡整體穩定性與耐久性。

2建立濕陷性黃土路塹邊坡穩定性有限元模型 濕陷性黃土路塹邊坡工程的有限元模型如圖1。

該工程模型總高設定為 5 0 m ，沿垂直方向劃分為六級，每級高度約 8 . 3 m ，并設坡道寬 4 m ，采用 1 ： 1 . 5 的坡比設計。為評估其穩定性，采用彈塑性有限元法分析邊坡在加固前后的位移、應力變化。通過細化的網格劃分捕捉潛在滑移面，利用等效塑性應變云圖精準定位。模型覆蓋區域為 2 4 0 m× 9 0 m× 7 m ，涵蓋三層不同性質的黃土層，厚度依次為 2 5 m 、 4 0 m 及 1 5 m ，均簡化為水平分布以優化計算效率。土體本構模型采用鄧肯-張模型，確保分析貼近實際工況。

在濕陷性黃土路塹邊坡加固的有限元建模中，將邊界條件設為四周水平約束、底部完全固定。為提升計算精度，核心采用修正劍橋模型，結合摩爾-庫倫屈服準則，確保模擬準確性。該準則滿足公式：

式中， P ——應力狀態函數 （ P a ） ； τ —剪應力 （ P a） ；c —黏聚力（Pa）； θ —內摩擦角（°）； σ —垂直于界面的正應力（Pa）。構建有限元模型時，納入水位波動與極端降雨影響，分析加固效果隨降雨時長及入滲深度變化，關鍵參數依據表1調整，確保模擬貼近實際工況。

基于有限元模型分析及上述參數，針對濕陷性黃土特性進行了數值模擬分析，結果如下表所示：

根據表2中的數據可知，在飽和狀態并遭遇持續強降雨的工況條件下，邊坡的安全系數大幅下降至0.92，這一數值遠低于安全閾值1，表明邊坡已處于不穩定狀態。同時，最大水平位移達到了 5 8 m m ，這一位移進一步印證了邊坡的不穩定性。基于上述數值模擬結果，可以明確得出邊坡存在明顯滑動面的結論。因此，迫切需要優化加固方案，以提升邊坡的穩定性。

3濕陷性黃土路塹邊坡加固技術優化

3.1 鋪設砂礫石

針對第2章中邊坡存在明顯滑動面的情況，本章提出采用濕陷性黃土路塹邊坡的加固技術。通過鋪設砂礫石層的方法，有效增強邊坡穩定性。對于濕陷性黃土層深厚、濕陷性顯著的區域，尤其是當濕陷深度超過 1 2 m ，預估濕陷量突破 6 0 c m 時，砂礫石層的鋪設顯得尤為重要。所以應精選粒徑適中、級配良好的砂礫石材料，依據邊坡實際情況，設計合理的鋪設厚度，其一般建議不低于濕陷層厚度的 60 % ，以形成堅固的持力層，砂礫石材料參數如表3所示。

施工過程中應控制回填力度與分層厚度，確保砂礫石層結合，無空隙，從而提升地基的整體承載力和排水性能。砂礫石層的鋪設，不光縮短了工期，還因其良好的透水性，緩解了地下水對邊坡穩定性的不利影響，避免因地基長期浸泡而導致的承載能力下降問題。此外，針對邊坡周邊存在的軟土區域，采用復合土工膜，結合砂礫石層的鋪設，實現地基的均勻沉降與穩定，保障路塹邊坡的整體安全。砂礫石鋪設在實施中考慮對周邊環境尤其是相鄰建筑物及場地邊坡穩定性的影響，采取措施預防地面沉降或開裂。

3.2 設置錨桿支撐

在完成砂礫石鋪設后，采用錨桿支撐技術，有效增強邊坡穩定性，具體布置如圖2。

錨桿類型豐富多樣，依據錨固深度，分為深埋全長錨固與淺埋端頭錨固，材料則涵蓋高強鋼筋錨桿、碳纖維復合錨桿等現代化材料，以及環保型生物降解錨桿。從受力機制來看，分為響應性錨桿與主動預應力錨桿，前者隨土體變形而受力，后者則預先施加張力以增強穩定性。至于錨固技術，該項目創新融合了化學注漿錨固、機械鎖緊錨固及土壓力平衡錨固等多種手段，確保邊坡穩固。

該文利用數值分析工具GeoStudio，模擬錨桿及錨桿框架梁系統對邊坡穩定性的增強效果。在模擬中，無論是錨桿、微型樁還是加筋土等加固手段，均引入橫向抗力項至極限平衡模型中，以精準反映對潛在滑移面的約束作用。這些橫向力作為關鍵變量，被納入力與力矩的平衡計算中，以確保分析結果的準確性。

針對濕陷性黃土的特性，錨桿的極限抗拔力記作 T （N），不僅受錨固段與黃土間界面摩擦特性的影響，還顯著依賴于錨固段的幾何形態，如采用變截面擴大頭設計或螺旋錨等形式，可提升抗拔效能。公式為：

T = μ A × σ + Δ F

式中， μ —界面摩擦系數； A —錨固段與黃土接觸面積 ）； ——因幾何形態優化而額外獲得的抗拔力增量（N）。

錨桿與黃土間的界面抗剪強度是評估加固效果的關鍵。鑒于濕陷性黃土的特殊性，錨桿砂漿與黃土的摩擦阻力小于砂漿對錨桿的黏結力，故錨桿的錨固性能取決于黃土層的抗剪特性。黃土層的抗剪強度 （Pa）為：

式中， φ ——錨桿砂漿與黃土的摩擦阻力（Pa）； f （204號黃土固有的結構強度（Pa）。

錨固段與黃土間的抗剪強度常高于理論計算值，實際應用時可視為主要抗力。對此類邊坡，該抗剪強度 值介于 6 0 ～ 1 0 0 k P a 內，有效支撐邊坡穩定。

3.3 削坡減載

削坡減載通過削減邊坡的坡頂和坡腰部分，降低邊坡的重量，減少外部荷載，從而提升邊坡的穩定性與承載能力。根據圖紙在邊坡上標記如圖3的削坡的邊界線、高程點和坡度變化點，使用油漆、木樁或石灰線等方式進行標識，確保施工人員能清晰識別。

邊坡按設計坡度分多層削坡，每層厚度 0 . 5 ～ 1 m ，確保精度和速度。挖掘機駕駛員依標記線和坡度要求謹慎作業，近設計高程時減速微調，保證削坡面平整。用推土機或人工平整，去除不平和棱角。完工后，班組自檢互檢，確保平整度、坡度、高程達標。

4濕陷性黃土路塹邊坡穩定性實例分析

針對濕陷性黃土路塹邊坡穩定性分析實例，首先清理坡面松散土層，依據地質勘察結果，構建 4 m 寬的分析平臺，同時加固平臺邊緣以防止邊坡坍塌。利用高精度GPS監測點布設，設定分析斷面間距為 1 . 5 m ，采用網格化布局以捕捉變形信息，監測點布設如圖4。

收集并測試當地黃土樣本，結合外加劑（如聚丙烯酰胺纖維 0 . 5 % 、水泥 12 % ），按優化配比（黃土：水泥：纖維 = 8 0 ： 1 2 ： 0 . 5 ， ）預拌混合土，以備后續使用。

邊坡加固方案采用預應力錨索，直徑為 3 2 m m 、具備 1 8 6 0 M P a 高強度等級的鋼絞線材料，其單根設計的錨固承載力可高達 5 0 0 k N 。同時，配備特制注漿泵，確保漿液（水泥漿：水灰比 0 . 4 ～ 0 . 5 ）均勻注入錨孔。施工期間，為減少對邊坡土體的二次擾動，采用分區域、逐層加固的方法，確保加固作業有序進行，控制錨索安裝角度誤差在 以內，關鍵參數見表4。

選取布設的8個關鍵監測點，以捕捉邊坡深部應力與應變狀態。初步數據顯示，各監測點垂直位移變化量作為核心指標，工程結果見表5。

從表4看出，加固技術實施后各監測點的垂直位移均顯著減少，表明加固方案對控制邊坡沉降起到積極作用。M1監測點的位移減少量達到 5 . 7 m m ，M2至M8監測點的位移減少量均在 至 ，平均減少量接近 6 m m ，驗證加固技術的穩定性和可靠性，該次加固技術滿足濕陷性黃土路塹邊坡穩定性要求。

5 結束語

在完成濕陷性黃土路塹邊坡穩定性分析與加固技術的研究后，該文提出了有效的分析方法和加固技術，為工程安全提供保障。然而，面對變化的自然環境與工程需求，仍需持續創新，優化技術方案。未來，期待更多科技力量的加入，共同推動濕陷性黃土邊坡工程技術的進步。

參考文獻

[1]鄭衛華.高速公路路塹高邊坡加固防護技術探析[J]中國住宅設施，2024（4）：127-129.

[2]孫林鋒.硬質巖路塹邊坡改建穩定性分析與加固設計[J].福建交通科技，2024（1）：19-23.