基于GEO-SLOPE的高邊坡穩(wěn)定性評價(jià)及防治對策研究

張雍照

(福建省121地質(zhì)大隊(duì)，福建龍巖364000)

黃土高原地區(qū)，黃土災(zāi)害(滑坡、崩塌等)頻繁的發(fā)生，一直阻礙著西部大開發(fā)的順利進(jìn)行。如，2008年寶雞市扶風(fēng)縣發(fā)生黃土滑坡，導(dǎo)致4人死亡;2009年山西呂梁地區(qū)發(fā)生黃土滑坡，導(dǎo)致23人死亡;2010年陜西榆林市子洲縣雙峪鎮(zhèn)發(fā)生黃土滑坡，導(dǎo)致27人死亡。上述黃土滑坡的發(fā)生除了受到黃土性質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響外，還與黃土與下覆地層的結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系。為此，探索黃土—基巖邊坡的穩(wěn)定機(jī)制，提出快速、有效的防治對策顯得尤為重要。關(guān)于黃土—基巖邊坡穩(wěn)定性方面的研究已經(jīng)有很多。如周自強(qiáng)［1］對文昌閣巨型黃土一基巖滑坡進(jìn)行了特征研究、對比分析黃土剪切應(yīng)變特性與滑坡滑動(dòng)破壞機(jī)制;程強(qiáng)等［2-4］從不同角度探討了我國紅層的分布情況和西南地區(qū)紅層邊坡的變形機(jī)制，取得了一系列研究成果;吳紅剛［5］采用地質(zhì)分析與室內(nèi)模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對河谷下切和雨水浸潤作用下青海高原紅層滑坡的變形破壞過程進(jìn)行研究;李顯燕［6］利用Geo-slope軟件，對某高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)合邊坡場地的實(shí)際情況，提出對邊坡治理的措施和建議。然而，對于傳統(tǒng)的黃土—基巖邊坡的穩(wěn)定性評價(jià)常利用定性判斷的方法，或者利用畢肖普法搜索潛在滑動(dòng)面。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，基于GEO—SLOPE軟件，嵌套了瑞典條分法、畢肖普法、江布法、摩根斯坦—普賴斯法，對黃土—基巖邊坡的穩(wěn)定性定量評價(jià)，并提出合理、有效的防治對策。

1 邊坡特征及地質(zhì)背景［7］

準(zhǔn)格爾旗食品園區(qū)南邊坡位于薛家灣鎮(zhèn)湖西小區(qū)北側(cè)，坡頂有湖西小區(qū)住宅樓，坡腳為市政道路，道路北側(cè)為準(zhǔn)格爾旗食品園區(qū)。邊坡高度20～30m，邊坡長度約400m，地層巖性從上至下依次為填土、黃土狀粉土、泥巖(夾薄層砂巖)，現(xiàn)狀坡比約1:1.3，分三～四級小坡，平臺寬度0.5～1.0m。現(xiàn)坡體未出現(xiàn)大范圍明顯變形，僅有表層局部開裂跡象，場地勘察過程中未見地下水，抗震設(shè)防烈度為7度。

2 邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算與評價(jià)

2.1 GEO—SLOPE 簡介

由加拿大GEO—SLOPE國際有限公司開發(fā)的GEO—STUDIO軟件，其中SLOPE/W是以極限平衡法為原理，嵌套了瑞典條分法、畢肖普法、江布法、摩根斯坦—普賴斯法和GLE分析方法。該軟件對求解問題放入定義操作簡單。能準(zhǔn)確、快速地利用不同方法求解最小穩(wěn)定系數(shù)和最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，應(yīng)用廣泛，非常適合本工程地質(zhì)條件使用。

2.2 參數(shù)選取

根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合長期邊坡治理工作中的經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)定性計(jì)算各地層參數(shù)選用見表1

表1 邊坡巖土參數(shù)

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

現(xiàn)選取最具代表性的6-6工程斷面及9-9工程斷面為例計(jì)算其穩(wěn)定性。

1)6-6斷面

穩(wěn)定性計(jì)算詳見表2和圖1、圖2。

圖1 6-6斷面刷方前邊坡穩(wěn)定性

表2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖2 6-6斷面刷方后邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)穩(wěn)定性定量計(jì)算和邊坡定性分析:該邊坡在刷方前穩(wěn)定系數(shù)1.034，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài);在刷方后，穩(wěn)定系數(shù)1.210，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，今后的坡面綠化以及小區(qū)大氣降水沿該老沖溝地面的入滲會(huì)對邊坡的整體穩(wěn)定性造成不利影響，可能會(huì)發(fā)生大規(guī)模的坍塌，甚至滑坡，因此，需要對該段邊坡進(jìn)行加固治理。

2)9-9斷面

穩(wěn)定性計(jì)算詳見表3和圖3、圖4。

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

根據(jù)穩(wěn)定性定量計(jì)算和邊坡定性分析:該邊坡在刷方前穩(wěn)定系數(shù)1.134，屬于基本穩(wěn)定狀態(tài);在刷方后，穩(wěn)定系數(shù)1.394，處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，對該段邊坡不必進(jìn)行加固治理，只需設(shè)置表面防護(hù)工程即可。

圖3 9-9斷面刷方前邊坡穩(wěn)定性

圖4 9-9斷面刷方后邊坡穩(wěn)定性

3 邊坡治理工程設(shè)計(jì)及治理工程措施

依據(jù)GEO—SLOPO分析該邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定狀況，設(shè)置以下治理工程措施:在1-1工程斷面至8-8工程斷面間的二級邊坡及4-4工程斷面至7-7工程斷面間的三級邊坡采用錨索框架加固(圖7)，錨桿框架由三條橫梁與三條豎梁組成，由C25鋼筋砼現(xiàn)澆而成，豎梁長14.5 m，每根豎梁設(shè)三孔錨索。錨索框架豎梁基礎(chǔ)埋深1.5 m，橫梁長9 m，橫、豎梁截面尺寸均為0.4 m×0.4 m，錨索采用三根Φ15.24高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，傾角30°。在錨索框架加固的以外坡面設(shè)置片石護(hù)面墻護(hù)坡。標(biāo)準(zhǔn)護(hù)面墻墻高8.0 m，基礎(chǔ)埋深1.5 m，頂寬0.4 m，底寬0.9 m，胸坡1:1.5，背坡1:1.45。為防止表水入滲對邊坡穩(wěn)定造成不利影響，需鋪砌各級邊坡平臺及設(shè)計(jì)截排水溝。設(shè)置治理工程后，該邊坡的穩(wěn)定性大大提高。斷面工程布置圖見圖7、圖8;工程平面布置圖見圖9。設(shè)置治理工程后，對6-6斷面穩(wěn)定性檢算結(jié)果見表4及圖5、圖6。可見，工程效果是很明顯的。

表4 治理后穩(wěn)定性計(jì)算

圖5 6-6斷面加固后邊坡穩(wěn)定性(不考慮地震)

圖6 6-6斷面加固后邊坡穩(wěn)定性(考慮地震)

4 結(jié)語

(1)通過GEO—SLOPE軟件，對某高邊坡穩(wěn)定性優(yōu)化分析，優(yōu)化了局部坡段錨索框架工程量，節(jié)約了投資。

(2)實(shí)施加固工程后，再次進(jìn)行SLOPE/W模型計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù)為1.459，滿足邊坡設(shè)計(jì)要求，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)邊坡后期的監(jiān)測。

(3)本次設(shè)計(jì)過程中未考慮地下水的因素，對受地下水影響的黃土—基巖邊坡，更精細(xì)的影響參量仍需進(jìn)一步深化。

［1］周自強(qiáng)，李保雄，王志榮.蘭州文昌閣黃土一基巖滑坡臨滑預(yù)報(bào)［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2007，43(1):11-14.

［2］駱銀輝，朱春林，李俊東.云南紅層邊坡變形破壞機(jī)制及其危害防治研究［J］.巖土力學(xué).2003，24(5):836-839.

［3］程強(qiáng)，周永江，黃紹檳.近水平紅層開挖邊坡變形破壞特征［J］.巖土力學(xué).2004，25(8):1311-1 314.

［4］程強(qiáng)，周德培，寇小兵.紅層軟巖地區(qū)公路建設(shè)中的主要巖土工程問題［C］.第8次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集.北京:科學(xué)出版社.2004:128-131.

［5］吳紅剛，馬惠民，侯殿英，周德培，馮君.青海高原龍穆爾溝紅層滑坡變形機(jī)制的地質(zhì)分析與模型試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2010，10:2094-2102.

［6］李顯燕.基于Geo-slope軟件對某高邊坡的穩(wěn)定性分析與評價(jià)［J］.工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用.2010，1:24-27.

［7］準(zhǔn)格爾旗食品園區(qū)南邊坡加固工程.準(zhǔn)煤規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司［R］.2011