陳創(chuàng)福

(惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516003)

一般高邊坡采用力學平衡計算法評價邊坡的穩(wěn)定性，它可以得出穩(wěn)定系數(shù)的定量數(shù)據(jù)，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是對于復雜的高邊坡穩(wěn)定性計算，由于計算的邊界條件(范圍)和破壞面巖土參數(shù)難以準確判定、試驗和選取，使計算結果的可信度降低[1]。因此，本次高邊坡穩(wěn)定通過定性和定量綜合分析得出。

1 工程地質條件

本工程高邊坡主要集中在工程起點處，邊坡開挖高度最大達70.2 m。根據(jù)沿線踏勘調查情況，場地地基巖土層自上而下主要為第四系殘坡積土(Qel+dl)及侏羅系砂巖等，按成因時代、巖土分布和結構特征分述如下。

(1)第四系殘坡積土。殘坡積土(層序號3-1)：褐黃色、褐紅色，稍濕～濕，主要由殘坡積碎石土組成，黏著性一般，多呈松散狀。土、石等級為Ⅱ級。

(2)基巖?；鶐r為侏羅系砂巖，主要出露強風化帶和弱風化帶。

強風化巖體(層序號4-1)：呈灰褐色、紫紅色，濕，層狀構造，粉細粒結構，節(jié)理、裂隙發(fā)育，主要為泥質膠結，結構基本破壞,膠結性較差，錘擊聲啞，無回彈，屬軟巖，巖層較破碎，多呈碎塊狀。巖石基本質量分級為Ⅴ級，土、石等級為Ⅳ級。

弱風化巖體(層序號4-2)：呈灰褐色、紫紅色，濕，層狀構造，粉細粒結構，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，主要為泥質膠結，膠結性較差，錘擊聲較啞，輕回彈，屬較軟巖，巖層較完整，多呈中薄層狀。巖石基本質量分級為Ⅳ級，土、石等級為Ⅴ級。

場地巖層產狀320°～2°∠13°～14°。地下水類型主要為賦存于第四系松散土層中的孔隙水及風化砂巖中的基巖裂隙水，場地內基巖裂隙水較發(fā)育，根據(jù)含水層的特點，該工程區(qū)地下水主要為潛水，直接受大氣降雨的入滲補給，水量隨季節(jié)變化影響顯著。

高邊坡巖土層的物理力學參數(shù)采用值見表1。

2 高邊坡設計斷面

由于邊坡起點與已完建段高邊坡相接，本次設計沿用大開挖方案，在邊坡穩(wěn)定的前提下，采用錨桿框格梁防護。即高程71.51 m以下邊坡坡率為1∶1(共5級)，高程87.51 m以下2級邊坡坡率為1∶1.25，高程87.51 m以上部分邊坡坡率為1∶1.5(共2級)，每8.00 m高設一級平臺，小平臺大平臺間隔布置，小平臺寬2.00 m，大平臺寬6.00 m和4.00 m，邊坡采用錨桿框格梁防護，錨桿為普通鋼筋錨桿，長度有4.50 m、6.00 m和9.00 m三種規(guī)格，錨桿布置于框格梁交匯點處?？蚋窳翰捎昧庑尾贾?，間距2.50 m×2.50 m，坡面采用掛網(wǎng)植草。坡頂設0.30 m底寬梯形排水溝，坡面約隔50.00 m設急流槽一處，平臺內側設0.40 m×0.40 m矩形集水溝，雨水收集后經(jīng)急流槽排至坡腳排水溝。

表1 高邊坡巖土層的物理力學參數(shù)采用值

3 高邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

本次分析采用的方法為赤平極射投影。其原理為：利用一個球體作投影工具，把物體的幾何要素(點、線、面)開始投影于圓球面上，再以南極或北極為發(fā)射點將球面上物體的幾何要素投影于赤道平面上[2-3]。赤平極射投影在工程地質和巖土工程中用途很廣，可用它分析各種結構面的相互關系，判定巖體的穩(wěn)定性。其判別依據(jù)為根據(jù)結構面、坡面在赤平投影上的交互關系將邊坡巖體穩(wěn)定性分為三類。

(1)穩(wěn)定。兩組結構面的投影交點處于邊坡面的另一側，此時結構面組合交線，傾向坡里。

(2)基本穩(wěn)定。兩組結構面的投影交點處于邊坡面的同側，但在開挖面以外，此時結構面交線較邊坡陡。

(3)穩(wěn)定差。結構面的投影交點處于天然邊坡面以外，說明交線較邊坡平緩，但在邊坡上無出露點。

現(xiàn)狀邊坡多為巖質邊坡，坡體巖性以強～弱風化為主，邊坡坡向坡腳為200°∠85°，層理產狀2°∠14°，巖層面傾向與坡向呈逆坡大角度相交。坡面主要發(fā)育四組節(jié)理，節(jié)理J1：產狀120°∠80°，節(jié)理面較平直，微張，延伸長度約8～11 m，2條/m；節(jié)理J2：產狀136°∠65°，節(jié)理面較平直，微張，延伸約10～15 m，1條/m；節(jié)理J3：產狀225°∠79°，節(jié)理面較平直，微張，延伸約9～11 m，2條/m。節(jié)理J4：產狀2°∠14°，該組節(jié)理與巖層產狀一致，為層理裂隙，7條/m。根據(jù)本次勘查在邊坡范圍內實測的巖層產狀、節(jié)理產狀，繪制其赤平投影圖如圖1所示。

根據(jù)各個邊坡的赤平投影結果，按赤平投影原理分析，得出該邊坡整體基本穩(wěn)定，局部存在小角度結構面相交，易形成楔形體，存在局部塊體失穩(wěn)的可能。

3.2 定量分析

從現(xiàn)場開挖已形成的邊坡露頭上看，邊坡頂層為殘積土層，下為強風化粉砂巖和中風化粉砂巖，強風化粉砂巖十分破碎，穩(wěn)定性稍差，而中風化粉砂巖相對較完整，現(xiàn)場中風化巖層的開挖坡率為1∶0.75，穩(wěn)定性很好。由于本次開挖邊坡底層的中風化巖層坡率為1∶1，比現(xiàn)場的開挖邊坡要緩，穩(wěn)定性更好。因此，本次從邊坡的局部穩(wěn)定性考慮，選取最不利的土層殘積土和強風化粉砂巖分別進行分析計算[4]。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30—2015)，本邊坡相對破碎，采用簡化Bishop法計算，各工況穩(wěn)定安全系數(shù)要求如下：

正常工況最小安全系數(shù)容許值取K=1.20；非常工況最小安全系數(shù)容許值取K=1.10。

(1)計算工況。正常工況：①工況1：邊坡處于天然狀態(tài)下的穩(wěn)定，天然水位取87.00 m。非正常工況：②工況2：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的穩(wěn)定，暴雨時水位取95.00 m。③工況3：邊坡處于“地震荷載作用+天然狀態(tài)下”的組合穩(wěn)定，天然水位取87.00 m。④工況4：邊坡處于“地震荷載作用+暴雨狀態(tài)下“的組合穩(wěn)定，暴雨時水位取95.00 m。

圖1 赤平投影圖

(2)計算方法及結果。邊坡穩(wěn)定計算采用《水工結構有限元分析系統(tǒng)(AutoBANK v7.08)》進行邊坡穩(wěn)定計算[5]。經(jīng)計算，當搜索面選擇在殘積土層時的邊坡穩(wěn)定計算成果見表2和圖2，當搜索面選擇在強風化粉砂巖層時的邊坡穩(wěn)定計算成果見表3和圖3。

表2 殘積土層時邊坡穩(wěn)定計算成果

圖2 殘積土層時邊坡穩(wěn)定計算模型及成果

運用工況計算工況滑弧半徑R/m安全系數(shù)要求安全系數(shù)正常工況天然狀態(tài)11 1432.0161.25暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)11 1432.0161.15非正常工況地震荷載作用+天然狀態(tài)11 1431.8561.15地震荷載作用+暴雨狀態(tài)11 1431.8561.10

圖3 強風化粉砂巖層時邊坡穩(wěn)定計算模型及成果

由表2和表3計算結果可知，設計斷面能滿足規(guī)范對運行期安全系數(shù)的要求，故該邊坡是穩(wěn)定的、安全的。

4 結 語

通過定性和定量綜合分析，得出該高邊坡整體和局部都是穩(wěn)定的，坡面采用錨桿框格梁構造防護即可。經(jīng)與完工的現(xiàn)場對比，驗證本次高邊坡穩(wěn)定分析綜合采用兩種方法是正確的。