基于Geo-Slope软件对某路堑边坡的稳定性计算与加固分析

■林建标

（福州隆通公路工程监理有限公司，福州　350004）

基于Geo-Slope软件对某路堑边坡的稳定性计算与加固分析

■林建标

（福州隆通公路工程监理有限公司，福州350004）

本文通过对某路堑边坡进行稳定性分析，介绍了极限平衡分析法的理论依据以及路堑边坡的设计思路，制定了合理、安全的加固方案，对其他同类工程设计具有一定的借鉴意义。

路堑边坡稳定性分析坡形坡率加固施工

0　引言

伴随我国城市化建设逐步加快，山区公路建设及改造也经历着跨越式发展，从而导致工程建设用地紧张，不得不在施工过程中进行大规模填挖整平工作，形成了大量工程边坡，存在潜在滑坡、崩塌等隐患。因此，在公路设计阶段，应根据前期工程勘察的结果，对边坡进行稳定性分析及评价［1］。针对欠稳定的边坡，提出相应的治理措施。本文依托纵二线连江境104国道新洋至南塘段改线工程，开展工程边坡治理设计，提出边坡防治的设计思路，具有一定的工程指导意义。

1　工程概况

纵二线连江境作为纵二线的一部分，不仅是承担沿海产业区之间远距离交通的干线公路，同时也是一条联系沿海城镇群的重要纽带，促进沿海城镇群的经济协同发展。拟建路堑工程边坡位于线路中心桩号：K11+588～K11+850之间，路面设计标高约29.29～29.76m，场区属丘陵坡地地貌，地形起伏较大，自然坡度25～30°，山坡植被较发育。

考虑到该段路线将采用半路半桥的形式，因此路堑边坡的稳定性将对线路的安全产生较大的影响，需进行详细的边坡勘察工作。

2　地质条件

本路段边坡勘察布置3条控制性横断面，钻孔5个，利用桥梁钻孔2个，并对线路两侧200m范围，进行精度1：2000工程地质测绘。

2.1地层岩性

根据钻孔揭露和工程地质测绘，本场区覆盖层主要为第四系坡积（Qdl）（含碎石）粉质粘土；下伏基岩燕山晚期（γ53）花岗岩，局部见基岩出露。岩土结构较松散，在雨水长期淋滤下，土的含水量增大，较易产生崩塌，不利于边坡的稳定，本深挖区主要岩土层特征如表1所示：

表1　主要岩土层特征表

2.2地质构造和地震

区域上，纵二线连江境测区位于华南地块的武夷—戴云隆褶带与台湾海峡沉降带之间的闽东火山断拗带的次一级构造带之闽东沿海变质带和福鼎—云霄断陷带的接壤部位。区主要以北东东向、北北西向构造为主，组成醒目的棋盘格式构造骨架，大的断裂以北东东向为主。全线与其大角度相交或受其影响，沿线断裂带主要表现为蚀变破碎带、硅化带、裂隙密集带等，对边坡开挖的稳定性影响较大。

场地地震基本烈度为6度，设计地震动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期T为0.40s。

2.3水文地质条件

沿线地下水的补、径、排条件主要受本区的地形、地貌、地层岩性制约。丘陵区，植被发育，地形切割强烈、坡度较陡，降水顺坡流失快，地下水径流途径短，排泄条件好，多以侧向排泄补给沟谷、冲沟或以泉的形式排泄，对边坡的稳定性影响较大。勘察期间地下水稳定水位位于设计路面上方，在雨季或持续降雨作用影响下，岩、土体的含水量增大，岩、土体力学性能降低，易软化，较易产生变形失稳。

2.4裂隙调查与分析

根据地质调绘，左侧边坡节理裂隙较发育，主要发育有2组裂隙。1组裂隙：产状为245∠82°，微张-闭合，无充填，3～5条/m；2组裂隙：产状为305∠65°，微张-闭合，无充填，3～5条/m。根据岩层结构面和天然斜坡坡向赤平投影，如图1所示。

从图1可知，①组裂隙结构面走向与坡向近平行或小角度相交，对路堑边坡稳定较不利；②组裂隙倾向与坡向呈大角度相交，对天然斜坡稳定性无较大影响，根据赤平面投影法综合分析可知，拟开挖岩质边坡结构面结合差，稳定性为欠稳定，且边坡上部分布的坡积层和砂土状、碎块状强风化花岗岩层物理力学性质较差，在不利工况下（强降雨、爆破）易产生小规模的溜滑、垮塌和掉块现象，应进行边坡稳定及变形验算［2］。

3　边坡稳定性分析与评价

3.1边坡稳定性影响因素

影响边坡稳定性的因素可以概括为内在因素和外在因素两个方面。内在因素包括地貌条件、岩石性质、岩体结构与地质构造等；外在因素包括水文地质条件、风化作用、水中的作用、地震及人为因素等。内因在边坡的变形中起决定性的控制作用，外因起促进作用；在边坡的稳定性分析中，应在研究各因素的基础上，找出它们彼此间的内在联系，进而评价其稳定性［3］。

3.2 边坡稳定性计算与分析

边坡稳定性分析采用加拿大GEO-SLOPE国际有限公司开发的Geo-Studio软件，其中SLOPE/W是以极限平衡法为原理，专门用来进行边坡稳定性计算。

极限平衡分析法 （Limit equilibrium method，简称LEM）是目前最普遍使用的一种定量分析方法，也是工程实践中应用最早、目前应用相对成熟的一种数值算法。极限平衡分析方法是假定存在一个发生剪切破坏的滑裂面，当滑坡发生时，这个滑裂面上的岩土体达到了极限平衡状态。根据作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定性系数［4］。

3.2.1主断面及计算参数的选取

为了更准确地对该路堑边坡的稳定性状况作出合理的评价，本文根据现场钻探资料及室内资料进行分析，确定K11+579横断面为稳定性分析模型，如图2所示。

根据以上分析和土工试验结果统计分析，结合野外钻探、槽探、物探等资料和相关规范，综合确定边坡稳定性评价与边坡支护设计计算参数，如表2所示。

表2　岩土物理力学指标表

3.2.2设计断面计算结果

根据工程建设的要求，需对该路堑边坡进行坡形坡率设计。由于坡体后部地势高陡，岩层属于顺层结构，因此刷方过程中应尽可能减少对坡体的破坏，其中具体坡率设计，如表3所示。

表3　坡率设计表

将K11+579设计主断面导入Geo-Slope软件中，选定稳定性分析方法，输入岩土体参数，建立模型进行稳定性分析计算，计算结果如图3所示，该边坡安全系数为Fs=1.137。

根据公路路基设计规范（JTJD30-2015），边坡稳定性计算应分成以下两种工况：

（1）正常工况：边坡处于天然状态下的工况；

（2）非正常工况Ⅰ：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况。

路堑边坡稳定性验算时，应根据公路等级，计算路堑边坡在两种工况（正常工况、非正常工况Ⅰ）下的稳定安全系数，其稳定安全系数应满足表4规定的相应的稳定安全系数要求，否则应对边坡的支护方案进行调整［5］。纵二线属于一级公路，根据计算结果可知，安全系数不符合规范要求，需采取加固治理措施进行防护。

表4　路堑边坡安全系数

3.3加固措施分析与计算

边坡防治工程须进行技术经济论证，采用先进的方法，使工程达到安全可靠、经济合理、美观适用的效果。加固措施的选择，需综合考虑自然地理条件、工程地质条件、施工设备和施工环境等条件，选用截排水工程、抗滑支挡工程、预应力锚索（杆）、格构锚固、挡土墙及卸载刷方等治理措施。

3.3.1加固措施分析

该边坡设计最高为6级，坡脚路基设计宽度较小，不宜采用挡土墙加固措施，因此加固方案将以预应力锚索（杆）加固为主。各级边坡防护加固措施为：第一级1：0.5，TBS植草灌；第二级1：0.5，预应力锚杆框架（设计拉力：350kN）+TBS植草灌交错；第三级1：0.75，预应力锚杆框架（设计拉力：350kN）+TBS植草灌交错；第四级1：0.75，预应力锚索框架 （设计拉力：700kN）+TBS植草灌交错；第五、六级1：1.0，TBS植草灌。具体设计如图4所示。

3.3.2方案可行性计算

（1）正常工况下加固工程稳定性检算

经坡形坡率与预应力锚索框架梁相结合方式支护加固后，正常工况下稳定性检算，如图5所示。

检算结果：该边坡安全系数为Fs=1.280，根据《公路路基设计规范》（JTJD30-2015），一级公路在正常工况下边坡安全系数为1.20～1.30，所以加固工程符合规范要求。

（2）暴雨工况下加固工程稳定性检算

暴雨工况的模拟采用饱和重度和饱和快剪指标进行计算。非正常工况Ⅰ（暴雨工况）下加固设计的稳定性检算如图6所示。

检算结果：滑坡整体稳定度Fs=1.159，

根据《公路路基设计规范》，（JTJD30-2015），一级公路非正常工况Ⅰ （暴雨工况）下边坡安全系数为1.10～1.20，所以加固工程符合规范要求。

4　结论

实践证明，依据相关公路设计规范要求及结合拟建路堑边坡的分布及形态等特征，进行详细的边坡设计勘察，对刷坡后的边坡稳定性进行数值分析计算，并采用预应力锚索（杆）等加固方法，设计了路堑边坡的稳定性加固方案。通过分析研究路堑边坡稳定性，以科学及合理的分析方法与加固技术来防止边坡失稳等灾害发生，从而有效地保障了工程建设的顺利进行、保护了人民生命和财产安全。

［1］廖小平，杨伟震.福建山区高速公路边坡工程与锚固技术［J］.公路，2005（8）：79-84.

［2］王浩，廖小平，刘代文，等.福建省高速公路边坡病害类型分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2009（3）：40-43.

［3］姚环，郑振，简文彬，等.公路岩质高边坡稳定性的综合评价研究［J］.岩土工程学报，2006（5）：558-563.

［4］夏元友，李梅.边坡稳定性评价方法研究及发展趋势［J］.岩石力学与工程学报，2002，21（7）：1087-1091.

［5］中华人民共和国交通部.JTG D30-2015，公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2015.