临离高速深挖路堑土质高边坡稳定性分析

张利民 董清志

临县至离石高速公路是《山西省高速公路网调整规划》“三纵、十一横、十一环”中西纵的重要组成部分，是山西省南北向干线公路的重要路段。路线全长73.1 km，穿越晋西黄土高原区，地形起伏大，冲沟发育，深挖路堑形成的高边坡多，其中土质高边坡共计115段，累计长达18 460 m，边坡高度在21.5 m～80.8 m之间，有将近45%的深挖段落边坡高度大于40 m。土质高边坡的稳定性评价以及边坡坡率的确定是临离高速公路勘察设计需要解决的重要问题。本文选取具有代表的ZK19+110～ZK21+100段深挖路堑，根据勘察阶段土工试验结果得到的土体强度指标，利用geoslope软件对其进行稳定性分析计算，为边坡防护设计提供依据，同时也对解决该地区土质高边坡问题具有参考价值。

1 边坡工程地质特征

ZK19+100～ZK21+110段深挖路堑位于山西临县境内，地处黄土覆盖梁峁区，边坡岩性由第四系中更新统(Qpl2)黄土及上第三系上新统(N2)粉质粘土组成，属土质边坡，边坡高度在20 m～60 m之间。边坡土体物理力学性质指标见表1。

表1 边坡土体物理力学性质指标

2 边坡稳定性计算

采用极限平衡法，选用加拿大GEO-SLOPE公司研制的大型岩土工程分析软件——Geostudio软件，进行边坡稳定性计算。

2.1 计算模型及工况

选取具有典型代表性的ZK20+221横断面作为计算断面，建立模型，进行计算，如图1，图2所示。计算分三种工况:1)天然状态;2)边坡处于连续降雨的状态;3)自然+地震荷载作用状态。本区域水平地震系数Kh=0.05，竖向地震系数Kv=2/3Kh=0.033。

2.2 计算参数的确定

2.3 计算结果分析

1)按1∶0.75坡率放坡边坡稳定性。

按1∶0.75的坡率每8 m一级台阶，并留设2 m宽马道，每超过24 m设置8 m宽的卸荷平台的边坡设计方案，在三种工况下按《公路路基设计规范》推荐的bishop算法计算，边坡稳定安全系数分别为:天然状态下 FsⅠ=1.002，连续降雨条件下 FsⅡ=0.545，自然+地震状态下FsⅢ=0.954，边坡稳定性系数分布图见图3，图4。

计算结果表明，按1∶0.75坡率进行边坡设计的情况下边坡处于欠稳定状态，不能满足《公路路基设计规范》对路堑边坡稳定安全系数的要求。从结果中还可以看出造成边坡不稳定的最主要因素是连续降雨条件下，土体抗剪强度降低，导致坡体稳定性变差。另外地震对边坡稳定性也有影响，但是由于本区域地震加速度动峰值较小为0.05，对边坡的稳定性影响有限，没有连续降雨对边坡稳定性的影响大。

2)按1∶1坡率放坡边坡稳定性。

考虑按1∶1的坡率放坡，每8 m高设2 m宽平台，每超过24 m设置一道10 m宽的卸荷平台的边坡设计方案，计算处在三种工况下的边坡稳定安全系数分别为:天然状态下FsⅠ=1.311，连续降雨条件下 FsⅡ=0.728，自然+地震状态下FsⅢ=1.172。边坡稳定系数分布图见图5，图6。

计算结果表明，按该设计方案，在正常工况和边坡处于地震荷载作用状态的工况下，路堑边坡稳定安全系数满足规范要求，但是连续降雨状态下土体达到饱和时，路堑边坡处于不稳定状态。事实上在连续降雨条件下把土体按饱和土体考虑是偏于保守的，因此，只要做好排水和坡面防护，在连续降雨条件下，边坡也是稳定的。

3 结语

1)通过分析计算，临离高速公路高度大于60 m的高边坡按1∶0.75的坡率进行边坡设计时，边坡是欠稳定的;而按1∶1的坡率进行边坡放坡的同时做好排水设计，边坡稳定安全系数可以满足规范要求。2)项目所在区域(临县、离石)影响土质边坡稳定性的最主要因素是连续降雨。连续降雨条件下，雨水入渗，土体抗剪强度降低，导致坡体稳定性变差。另外地震对边坡稳定性也有影响，但是由于本区域地震加速度动峰值较小，对边坡的稳定性影响有限，没有连续降雨对边坡稳定性的影响大。

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［2］钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算［M］.北京:中国水利水电出版社，2006.

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