西南某山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定性研究

侯俊偉，唐秋元，李楊秋，馬新巖

(1.中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400042；2.中國民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)，北京100101)

西南某山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定性研究

侯俊偉1，唐秋元1，李楊秋1，馬新巖2

(1.中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400042；2.中國民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)，北京100101)

以西南某機(jī)場(chǎng)高填方邊坡為例，研究順坡填筑砂泥巖碎塊石土高填方邊坡工程的穩(wěn)定性。通過選取試驗(yàn)段場(chǎng)地進(jìn)行大型直剪試驗(yàn)獲得巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，用有限元強(qiáng)度折減法模擬分析高填方邊坡變形失穩(wěn)機(jī)制。結(jié)果表明：粉質(zhì)黏土層作為高填方邊坡地基的軟弱夾層，若不處理將會(huì)顯著降低高填方邊坡的穩(wěn)定性；隨著砂泥巖碎塊石土填料中細(xì)粒物質(zhì)的逐漸下滲，在填筑體下部與穩(wěn)定基巖之間會(huì)形成具有一定厚度的滯水層，其抗剪強(qiáng)度明顯低于填筑體；通過基底開挖臺(tái)階的方法可以改變滯水層在滑面上的分布，隨著開挖臺(tái)階高度的增大，邊坡潛在滑面通過滯水層的范圍減小，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)增大；選取恰當(dāng)?shù)钠滦涂山档瓦吰抡w失穩(wěn)的可能性。

巖土工程；高填方邊坡；穩(wěn)定性研究；碎塊石土；直剪試驗(yàn)；有限元強(qiáng)度折減法；滯水層

0 引 言

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西南地區(qū)機(jī)場(chǎng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。這些機(jī)場(chǎng)多建設(shè)在地形地貌復(fù)雜的山區(qū)，為滿足場(chǎng)地和凈空條件，經(jīng)常需要深挖高填。在土方填筑過程中，常常會(huì)遇到順坡填筑的形式。順坡填筑邊坡和水平填筑邊坡相比較穩(wěn)定性更差，若處理不當(dāng)易引發(fā)工程事故。因此順坡填筑高填方邊坡的穩(wěn)定性問題成為機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程中亟待解決的技術(shù)難題。

高填方邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果的可靠性常常取決于抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇是否合理，以往研究成果中抗剪指標(biāo)大多來自模型試驗(yàn)或工程經(jīng)驗(yàn)。馮文凱等[1]對(duì)斜坡填筑路堤的變形破壞進(jìn)行物理模擬，得出邊坡填筑體坡腳是最易破壞的薄弱位置。隨著下伏基巖坡度增大，填筑體應(yīng)力集中程度、變形破壞等都明顯增強(qiáng)。徐光明等[2]應(yīng)用離心模型試驗(yàn)對(duì)基巖面存在軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性和破壞模式進(jìn)行了詳細(xì)研究，同時(shí)利用極限平衡法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。蔣鑫等[3]基于有限元強(qiáng)度折減法，研究了隨著填筑施工的進(jìn)行，斜坡軟弱地基填方工程穩(wěn)定性的變化情況，比較了水平軟弱地基填方工程與斜坡軟弱地基填方工程的區(qū)別。黃世武等[4]通過對(duì)某段高速公路路堤失穩(wěn)破壞調(diào)查，總結(jié)出3種路堤填方的破壞模式，采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)路堤的破壞模式進(jìn)行模擬分析，研究了路堤破壞的原因。黃佳昕[5]結(jié)合昆明新機(jī)場(chǎng)軟弱斜坡地基上的填方工程，討論了不同填筑擴(kuò)展范圍對(duì)填筑體坡度的要求，提出順坡填筑時(shí)臨界填筑寬度和最大填筑坡度的概念，并對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行了分析討論。

目前對(duì)高填方邊坡治理中，關(guān)于基底造型和坡面坡型優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究較少。筆者以某順坡填筑高填方邊坡為例，基于試驗(yàn)段場(chǎng)地大型直剪試驗(yàn)獲得巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，用有限元強(qiáng)度折減法模擬分析了砂泥巖碎塊石土作為填料的高填方邊坡變形失穩(wěn)機(jī)制，為高填方邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

為滿足航空客貨運(yùn)物流業(yè)務(wù)迅猛增長的需要，西南某機(jī)場(chǎng)將新建一條飛行跑道，新建跑道長3 800 m，寬60 m。跑道西側(cè)設(shè)置兩條平行滑行道，平行滑行道與新跑道之間設(shè)置6條快滑道。新建跑道將穿越地形地貌復(fù)雜的山區(qū)，需要挖山填壑來解決工程建設(shè)用地問題。

按照設(shè)計(jì)方案在新建跑道東南側(cè)將形成長約3.2 km的高填方邊坡區(qū)，填方邊坡最大高度約135 m，填方高度之大目前國內(nèi)外鮮有。擬建高填方邊坡場(chǎng)區(qū)位于構(gòu)造剝蝕淺丘沖溝地貌區(qū)，地勢(shì)起伏較大，坡面高低不平，切割發(fā)育，局部下切較深，形成沖溝地貌。地面高程在235.70～426.41 m之間，整個(gè)場(chǎng)地范圍內(nèi)最大高差190.71 m。場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)平面如圖1。

圖1 工程地質(zhì)平面Fig.1 Engineering geological plane

圖2 工程地質(zhì)典型剖面Fig.2 Typical engineering geological profile

2 邊坡巖土體參數(shù)

準(zhǔn)確獲取巖土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)是高填方邊坡穩(wěn)定性分析與治理工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[6]，治理前選取試驗(yàn)段場(chǎng)地進(jìn)行了大量的試驗(yàn)測(cè)試工作，試驗(yàn)測(cè)試所得巖土體參數(shù)將作為高填方邊坡設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.1 填筑體參數(shù)

邊坡填筑體材料就近選擇挖方區(qū)砂泥巖碎塊石土。對(duì)少量超粒徑的石料，采取破碎錘進(jìn)行破碎，粒徑滿足要求后將砂泥巖碎塊石按一定比例分層碾壓(或強(qiáng)夯)回填。為了獲取填筑體抗剪強(qiáng)度參數(shù)，選取前期試驗(yàn)段場(chǎng)地5組經(jīng)分層碾壓(或強(qiáng)夯)后的砂泥巖碎塊石土填筑體進(jìn)行大面積直剪試驗(yàn)，其中2組為天然含水狀態(tài)，3組為飽和狀態(tài)。每組試驗(yàn)試件的數(shù)量為5個(gè)，部分現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)照見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)填筑體直剪試驗(yàn)Fig.3 Direct shear strength test of filling body on site

直剪試驗(yàn)的試件加工成立方體，邊長及高度為50 cm。試件間距不小于試件邊長的1.5倍，所有試件制備時(shí)試件間距未產(chǎn)生不良應(yīng)力影響，每組試驗(yàn)最大法向應(yīng)力采用600 kPa，分別按120，240，360，480，600 kPa施加，每級(jí)荷載分4～6次等量施加。每加一次法向荷載間隔5 min測(cè)讀一次法向變形，當(dāng)連續(xù)兩次法向變形讀數(shù)差不超過0.01 mm時(shí)，開始施加剪切荷載。剪切荷載按預(yù)估最大剪切荷載的8%(或10%)分級(jí)勻速施加，控制法向應(yīng)力保持不變，根據(jù)剪切變形增加速度測(cè)讀剪切位移及剪切荷載，直至試件剪斷為止。測(cè)讀剪切荷載峰值及剪切位移，然后將剪切荷載分2～3級(jí)卸荷至0。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制各法向應(yīng)力下的法向應(yīng)力-剪應(yīng)力關(guān)系曲線及剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線，按庫倫-奈維表達(dá)式確定相應(yīng)的強(qiáng)度參數(shù)見表1。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到砂泥巖碎塊石土填筑體天然抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：c=8.6 kPa，φ=29.88°；飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：c=5.93 kPa，φ=23.49°。

表1 填筑體直剪試驗(yàn)成果表

Table 1 Direct shear strength test results of filling body

試點(diǎn)編號(hào)試件數(shù)量n含水狀態(tài)c/kPaφ/(°)DJ15天然8.3029.53DJ25天然8.9030.22DJ35飽和6.3025.32DJ45飽和5.5023.27DJ55飽和6.0021.88

2.2 粉質(zhì)黏土參數(shù)

選取場(chǎng)地內(nèi)24件坡殘積層粉質(zhì)黏土進(jìn)行了室內(nèi)土常規(guī)試驗(yàn)、飽和剪切試驗(yàn)。得到粉質(zhì)黏土天然抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：c=21.87 kPa，φ=11.90°；飽和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：c=13.93 kPa，φ=7.84°。

2.3 巖體參數(shù)

場(chǎng)地內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖和砂巖網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體呈散體結(jié)構(gòu)，勘察鉆探巖芯多呈碎塊狀～塊狀，巖質(zhì)較軟，巖體較破碎。強(qiáng)風(fēng)化巖石的強(qiáng)度參數(shù)也是影響高填方邊坡穩(wěn)定性的重要因素，因此在試驗(yàn)段原始斜坡地貌區(qū)選取裂隙相對(duì)較發(fā)育的5組強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖進(jìn)行大面積剪切試驗(yàn)。直剪試驗(yàn)部分現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)照如圖4。得到試驗(yàn)成果見表2。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到場(chǎng)地內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：c=31.48 kPa，φ=28.80°。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)風(fēng)化巖石直剪試驗(yàn)Fig.4 Direct shear strength test of strongly-weathered rock on site

試點(diǎn)編號(hào)試件數(shù)量n含水狀態(tài)c/kPaφ/(°)DJ65飽和31.9030.28DJ75飽和28.5029.45DJ85飽和32.5025.77DJ95飽和39.3030.93DJ105飽和25.2027.59

3 數(shù)值計(jì)算模型

MIDAS/GTS是由MIDAS IT結(jié)構(gòu)軟件公司開發(fā)的巖土與隧道結(jié)構(gòu)專業(yè)的有限元分析計(jì)算軟件，能夠模擬復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，有較強(qiáng)的適用性。本工程以MIDAS/GTS數(shù)值分析軟件為基礎(chǔ)，建立有限元計(jì)算模型，通過有限元強(qiáng)度折減法(SRM)分析高填方邊坡的變形和穩(wěn)定性問題[7-9]，為高填方邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

計(jì)算模型簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問題[10]。經(jīng)約束后兩側(cè)水平位移為0，底部豎向位移為0。巖土體采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，初始按自重應(yīng)力場(chǎng)考慮，建立的有限元分析模型見圖5。

圖5 數(shù)值計(jì)算模型Fig.5 Numerical calculation model

數(shù)值計(jì)算模型中未區(qū)分不同巖性。從安全角度考慮強(qiáng)、中風(fēng)化巖石物理力學(xué)參數(shù)取砂質(zhì)泥巖參數(shù)。數(shù)值計(jì)算工況為飽和工況。坡頂新建跑道平整區(qū)地面按照均布荷載10 kPa計(jì)算。邊坡物理力學(xué)參數(shù)及材料特性取值見表3。

表3 邊坡計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)

4 治理方案比選

4.1 方案1

方案1為不清除原始斜坡地貌粉質(zhì)黏土層。砂泥巖碎塊石土填筑完成后，按照強(qiáng)度折減有限元法計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)為0.56。圖6(a)為極限狀態(tài)時(shí)高填方邊坡位移云圖，圖6(b)為極限狀態(tài)時(shí)最大剪切應(yīng)變?cè)茍D。

圖6 極限狀態(tài)時(shí)的位移及最大剪切應(yīng)變(方案1)

從圖6可見，在極限狀態(tài)下邊坡主要沿原始地貌粉質(zhì)黏土層產(chǎn)生滑移破壞，邊坡在中部臨空面處位移最大。根據(jù)極限平衡法計(jì)算得到穩(wěn)定性系數(shù)為0.58，比強(qiáng)度折減法結(jié)果略大。兩種計(jì)算結(jié)果均不能滿足一級(jí)填方邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的要求。粉質(zhì)黏土層作為軟弱滑面，成為控制高填方邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。由于場(chǎng)地粉質(zhì)黏土層厚度不大，應(yīng)開挖處理。

4.2 方案2

填方邊坡潛在滑移面往往是原始斜坡地面，因此可重點(diǎn)對(duì)原始斜坡地面進(jìn)行預(yù)處理，以提高邊坡穩(wěn)定性。方案2為清除原始地面粉質(zhì)黏土層，料源挖方區(qū)砂泥巖碎塊石土作為填料直接填筑到強(qiáng)風(fēng)化巖層上。

據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，場(chǎng)地內(nèi)泥巖透水性較差，且與砂巖呈互層分布，砂巖透水性相對(duì)于填筑體差，所以在填筑完成后，地表水經(jīng)填筑體下滲遇到基巖會(huì)受阻，在填筑體基底面形成具有一定厚度的飽和土層，即滯水層[11]。滯水層內(nèi)的泥巖在水的長期浸潤下容易軟化、風(fēng)化，使填筑體抗剪強(qiáng)度降低。同時(shí)由于砂泥巖碎塊石土內(nèi)部有架空現(xiàn)象，在長期地表水滲流過程中會(huì)使細(xì)粒物質(zhì)下滲，沉積到滯水層形成細(xì)顆粒土層，細(xì)粒土層會(huì)進(jìn)一步降低填筑體抗剪強(qiáng)度。所以計(jì)算時(shí)必須考慮滯水層對(duì)高填方邊坡穩(wěn)定性的不利影響。

在數(shù)值計(jì)算時(shí)，將滯水層按照具有一定厚度平面應(yīng)變單元進(jìn)行計(jì)算，滯水層厚度一般與填筑體、基底透水性質(zhì)及基底坡度、水源補(bǔ)給、邊坡的常年地下水水位等有關(guān)。根據(jù)填筑體中砂泥巖碎塊石土特性并結(jié)合工程地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，本工程滯水層厚度取0.5 m。滯水層抗剪參數(shù)目前無專門的研究成果，考慮到滯水層強(qiáng)度參數(shù)低于填筑體強(qiáng)度參數(shù)，假設(shè)滯水層內(nèi)土體性質(zhì)是均勻的，將直剪試驗(yàn)所得填筑體抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減，折減后結(jié)果作為滯水層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，參數(shù)見表4。

表4 滯水層計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)

考慮滯水層的影響，經(jīng)有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算得到邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.01，較未清除粉質(zhì)黏土層時(shí)穩(wěn)定性得到顯著提高。圖7(a)為清表后極限狀態(tài)時(shí)高填方邊坡位移云圖，圖7(b)為清表后極限狀態(tài)時(shí)最大剪切應(yīng)變?cè)茍D。

圖7 極限狀態(tài)時(shí)的位移及最大剪切應(yīng)變(方案2)

從圖7可以看出，在極限狀態(tài)下邊坡沿滯水層產(chǎn)生滑移破壞，邊坡在中上部臨空面處位移最大，較未清表時(shí)最大位移分布有所上移。清表后仍不能滿足邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.3 方案3

方案3為清除地表粉質(zhì)黏土后對(duì)原始斜坡地面開挖臺(tái)階，分別計(jì)算臺(tái)階高度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 m時(shí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。圖8為開挖臺(tái)階時(shí)滯水層分布示意。

圖8 滯水層分布示意Fig.8 Sketch of aquitard distribution

圖8中t為滯水層厚度，根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)取0.5 m；L1為一個(gè)臺(tái)階高度范圍內(nèi)潛在滑移面穿越滯水層長度，L2為一個(gè)臺(tái)階高度范圍內(nèi)潛在滑移面穿越填筑體長度。滯水層在臺(tái)階上的分布厚度實(shí)際是不均勻的，臺(tái)階頂部水頭差較大，滯水在上一臺(tái)階頂部消散較快，對(duì)應(yīng)的滯水層厚度相對(duì)較小。從工程安全角度考慮，采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算時(shí)滯水層按照均勻厚度計(jì)算。有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算結(jié)果如圖9。

圖9 穩(wěn)定性系數(shù)隨臺(tái)階高度的關(guān)系Fig.9 Relationship between stability coefficient and step’s height

由圖9可知，隨著開挖臺(tái)階高度的增大，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)隨之增大，增大到一定程度后慢慢趨于穩(wěn)定。圖10為開挖不同臺(tái)階高度時(shí)極限狀態(tài)最大剪切應(yīng)變?cè)茍D。

圖10 不同臺(tái)階高度時(shí)極限狀態(tài)最大剪切應(yīng)變?cè)茍D(方案3)

從圖7、圖10對(duì)比分析可以看出，當(dāng)未開挖臺(tái)階時(shí)，邊坡潛在滑動(dòng)面完全通過滯水層，反應(yīng)到一個(gè)臺(tái)階高度范圍內(nèi)即L2=0，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)較低；隨著開挖臺(tái)階高度的增大，邊坡潛在滑動(dòng)面通過滯水層的范圍減小，穿越填筑體的范圍增大，即L1減小，L2增大，因填筑體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)高于滯水層，所以隨著隨著臺(tái)階高度的增大邊坡穩(wěn)定性系數(shù)變大?？梢娕_(tái)階高度不應(yīng)過小，但也不宜過大。因?yàn)殡S著臺(tái)階高度增大，會(huì)增加挖方工程量，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)增大不明顯。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地形、施工機(jī)械的作業(yè)空間等各方面因素，開挖臺(tái)階高度取2.0 m。

4.4 方案4

選取各種坡面坡型利用有限元強(qiáng)度折減法試算，確定設(shè)計(jì)最優(yōu)方案為：從坡頂開始0～30 m坡高范圍內(nèi)按坡比1∶2.0放坡，單級(jí)坡高10.0 m； 30～60 m坡高范圍內(nèi)按坡比1∶2.5放坡，單級(jí)坡高10.0 m；60～119 m坡高范圍內(nèi)按坡比1∶3.0放坡，單級(jí)坡高10.0 m；同時(shí)每間隔30 m高設(shè)置10.0 m寬大馬道，其余為3.0 m寬小馬道。填料壓實(shí)度不小于93%，填筑體級(jí)配要求滿足行業(yè)規(guī)范要求，砂泥巖碎塊石土粒徑不大于40 cm。圖11為填土填筑完成后邊坡位移云圖，從圖11中可以看出，最大位移為1.04 m，發(fā)生在邊坡上部臨空面附近。

圖11 填筑完成后位移云圖(方案4)

考慮滯水層影響按照強(qiáng)度折減法計(jì)算得到方案4的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.41，滿足邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)要求。圖12為極限狀態(tài)時(shí)邊坡最大剪切應(yīng)變?cè)茍D。

圖12 極限狀態(tài)時(shí)位移云圖(方案4)

從圖12中可以看出，采用坡比越來越小的放坡形式并在邊坡中間設(shè)置大馬道可使高填方邊坡坡腳應(yīng)力明顯減小，邊坡產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性大大降低，邊坡的破壞模式為邊坡坡面區(qū)域剪切滑移破壞。

為了確保邊坡填筑體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，保證邊坡坡面區(qū)域填筑體穩(wěn)定性，在進(jìn)行土石方回填時(shí)應(yīng)超過每個(gè)工作面對(duì)臨時(shí)邊坡坡頂線進(jìn)行強(qiáng)夯處理，然后進(jìn)行反挖，如圖13。

圖13 邊坡填筑處理示意Fig.13 Sketch of slope filling treatment

高填方邊坡治理必須考慮水對(duì)邊坡的不利影響，為了便于地下水排出填筑體和原地基，在填筑體對(duì)應(yīng)馬道高度設(shè)置一層0.6 m厚的中等風(fēng)化砂巖透水層。透水層緩坡外傾，坡度為1%～3%。

5 結(jié) 論

1)準(zhǔn)確獲取巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是高填方邊坡穩(wěn)定性分析與治理工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。前期選取試驗(yàn)段場(chǎng)地進(jìn)行大型直剪試驗(yàn)，測(cè)試所得巖土體參數(shù)作為高填方邊坡設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

2)利用有限元強(qiáng)度折減法可較準(zhǔn)確的模擬順坡填筑高填方邊坡變形破壞機(jī)理，為邊坡治理優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

3)粉質(zhì)黏土層作為軟弱滑面，成為控制高填方邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。將粉質(zhì)黏土層清除后邊坡穩(wěn)定性得到顯著提高，所以當(dāng)粉質(zhì)黏土層厚度不大時(shí)，建議將其清除。

4)滯水層的存在對(duì)高填方邊坡穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生不利影響。未開挖臺(tái)階時(shí)，邊坡潛在滑動(dòng)面完全通過滯水層，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)較低；隨著開挖臺(tái)階高度的增大，邊坡潛在滑動(dòng)面通過滯水層的范圍減小，穿越填土的范圍增大，潛在滑面的抗剪強(qiáng)度提高，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)變大。

5)為了確保邊坡坡面區(qū)域填筑體的穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)行超填強(qiáng)夯處理?？紤]水對(duì)邊坡的不利影響，間隔設(shè)置砂巖碎石透水層以便于地下水排出填筑體和原地基。

[1] 馮文凱,石豫川,柴賀軍,等.斜坡填筑路堤變形破壞物理模擬研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(增刊1):2861-2867. FENG Wenkai,SHI Yuchuan,CHAI Hejun,et al.Study on deformation and failure of reclamation road-dike on sloping ground with physical simulation method[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2006,25(Sup1):2861-2867.

[2] 徐光明,鄒廣電,王年香.傾斜基巖上的邊坡破壞模式和穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué),2004,25(5):703-708 . XU Guangming,ZOU Guangdian,WANG Nianxiang.Failure mode and stability analysis of soil slope on inclined bedrock[J].RockandSoilMechanics, 2004,25(5):703-708.

[3] 蔣鑫,邱延峻,魏永幸.基于強(qiáng)度折減法的斜坡軟弱地基填方工程特性分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007,29(4):622-627. JIANG Xin, QIU Yanjun,WEI Yongxing.Engineering behavior of subgrade embankments on sloped weak ground based on strength reduction FEM[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering, 2007,29(4):622-627.

[4] 黃世武,劉明維,尹健.膨脹土地基路基填方失穩(wěn)破壞模式分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,8(2):250-254. HUANG Shiwu,LIU Mingwei,YIN Jian. Analysis on failure modes of expansive soil subgrade embankment[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2009,8(2):250-254.

[5] 黃佳昕.山區(qū)機(jī)場(chǎng)填方地基加強(qiáng)處理區(qū)域及順坡填筑邊坡穩(wěn)定分析[D].北京：清華大學(xué),2009. HUANG Jiaxin.SlopeStabilityoftheImprovementAreainSoftGroundandFillsonSlopeFoundationinMountainousRegions[D].Beijing:Tsinghua University, 2009.

[6] 徐明,陳金鋒,宋二祥.陡坡寺中微風(fēng)化料的大型三軸試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué),2010,31(8):2496-2500. XU Ming,CHEN Jinfeng,SONG Erxiang. Large scaletriaxial testing of Douposi moderately to slightly weathered fill[J].RockandSoilMechanics,2010,31(8):2496-2500.

[7] 陳金鋒,宋二祥,徐明.強(qiáng)度折減有限元法在昆明新機(jī)場(chǎng)高填方邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J]. 巖土力學(xué),2011,32(1):636-703. CHEN Jinfeng,SONG Erxiang,XU Ming. Application of strength reduction FEM to stability analysis of high fill slope in Kunming new airport[J].RockandSoilMechanics, 2011,32(1):636-703.

[8] GRIFFITHS D V, LANE P A. Slope stability analysis by finite elements[J].Geotechnique,1999,49(3):387-403.

[9] 趙尚毅,鄭穎人,張玉芳.極限分析有限元法講座-有限元強(qiáng)度折減法中邊坡失穩(wěn)的判據(jù)探討[J].巖土力學(xué),2005,26(2):332-336. ZHAO Shangyi,ZHENG Yingren,ZHANG Yufang. Study on slope failure criterion in strength reduction finite element method[J].RockandSoilMechanics,2005,26(2):332-336.

[10] VRADARAJAN A,SHARM K G,ABBAS S M, et al.Constitutive model for rockfill materials and determination[J].InternationalJournalofGeomechanics, 2006(4): 226-237.

[11] 楊靜梅.填方邊坡基底造型技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2007. YANG Jingmei.TheTechniqueResearchonFundusMoldingofFillSlope[D].Chongqing:Chongqing University, 2007.

Stability of High Fill Slope of an Airport in Southwest Mountainous Area

HOU Junwei1, TANG Qiuyuan1, LI Yangqiu1, MA Xinyan2

(1. China Coal Technology & Engineering Group Chongqing Engineering Co., Ltd., Chongqing 400042, P.R.China;2. China Airport Construction Group Corporation, Beijing 100101, P.R.China)

The stability of high fill slope which filled with sand-shale gravelly soil was studied based on a practical case of an airport high fill slope in southwest China. Rock and soil mass shear strength indexes were obtained through large direct shear strength tests in the field of the test section. At the same time, the deformation instability mechanism was simulated by strength reduction FEM. The result indicates that the silty clay layer is the weak interlayer of high fill slope foundation, and it will significantly reduce the stability of the high fill slope without treatment. Along with the fine grain material of sand-shale gravelly soil infiltration, the aquitard is formed with certain thickness between filling-up soil and stable basement, and the shear strength of this layer is obviously lower than the filling-up soil. The distribution of the aquitard on slippery surface can be changed by setting steps in basement excavation. The range of slope slippery surface through the aquitard decreases with the increase of steps height, and the slope stability coefficient increases. Possibility of slope global instability can be reduced by selecting appropriate slope shape.

geotechnical engineering; high fill slope; stability study; gravelly soil; direct shear strength test; strength reduction FEM; aquitard

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.18

2015-05-11；

2015-07-21

侯俊偉(1983—),男，山東淄博人，工程師，國家注冊(cè)土木工程師(巖土)，主要從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)方面的研究。E-mail:116338270@qq.com。

TU 431；U416.1+4

A

1674-0696(2016)03-082-07