顺层岩质边坡稳定性分析案例分享
某段高边坡长度约410m，曾对该段高边坡做过专项勘察及加固设计，最终证实了古滑坡以及当时近期溜滑的存在，该段高边坡地层呈较为典型的覆盖土层+基岩的二元结构，边坡属顺层软岩边坡，由于下伏基岩以泥灰岩和强风化炭质页岩为主，易构成软弱结构面；同时该区域断裂地质构造作用强烈，线路穿越华夏系的NE向断裂带，受构造作用，岩体的节理裂隙发育，风化现象严重，存在对边坡稳定不利的结构面组合。边坡岩性和水理性差，边坡表面和内部排水非常重要。
（1）既有高边坡防护设计及加固变形历史调查
主要变形历史如下：
（1）边坡坡顶有拉张裂缝，对第一级边坡由原设计的1:0.75放缓至1:1，以上各级边坡由原设计1:1放缓至1:1.25；
（2）第一、二级边坡有部分区域坍塌和开裂，该段土质较差，取消喷锚网改为预应力锚索地梁加固。
主要监测历史如下：
结合2023年定检报告及边坡监测资料，该边坡共布设3个基准网埋石点、72个表面位移监测点、2个GNSS表面位移监测点和10个深层水平位移监测点(6个自动化、4个人工监测)。
（1）本表面位移监测结果显示:该边坡各测点表面累计位移量较小，最大位移量9.6mm。该边坡本期一级平台 A16 点、A17 点、二级平台 B14 点、B15 点、三级平台 C09点、C10 点、C11 点、C12 点、四级平台 D05 点、D06 点累计临空向水平位移变化较上期(2023年6月27日)有所发展。
（2）深层水平位移监测结果显示:三级平台测斜孔 31米深度处有位移产生，截至2023年7月22日最大临空向累计位移为10.4mm(17米深度处)，位移呈缓慢发展的趋势，建议持续关注，其余5个测斜孔深层水平位移暂未见明显临空向发展及剪切位移。
结合定检报告该段高边坡，近期主要病害为平台开裂与平台截水沟开裂，整体较为稳定。根据定检报告，该边坡表面病害调查状况分数：96.0，表面病害状况值为 1。
（2）变形机理分析
高边坡坡体呈二元结构，由于地质构造运动强烈，岩层节理裂隙发育、破碎，厚层坡积物松散，孔隙率高，极易渗水，上部松散坡积层形成大量的水源通道，在坡体中部、下部可见泉水露头，在水的入渗作用下，坡体岩土层抗剪强度大幅下降，同时在基岩上部夹有炭质页岩，沿软弱带发生变形滑移，因此本高边坡段的主要破坏模式为沿软弱夹层发生平面滑动和土岩接触面发生层间滑动（建设期破坏模式如下图所示为层间接触面滑动），在扩挖后最有可能发生沿软弱夹层发生平面滑动和层内沿结构面平面滑动。
（3）依据规范
边坡稳定性要求应满足《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）表3.7.7对深挖路堑高边坡的要求，考虑路堑边坡破坏后的影响区域内有高速公路、高压输电塔及隧道等重要建筑物，天然工况下稳定系数应不小于1.30，暴雨工况下稳定系数应不小于1.20。
（4）分析方法
边坡稳定性评价遵循“以定性分析为基础，定量计算为手段”的原则，根据边坡类型和可能的破坏形式确定边坡稳定性计算方法。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）并结合高等级公路工程建设经验，公路边坡为规则坡形边坡，可看做二维平面应变问题，因此多建立二维边坡模型采用极限平衡法分析其稳定性。
本段高边坡由于现状及扩挖后潜在的破坏形式以土岩接触面及顺层边坡平面滑动为主，因此传统的极限平衡法不能体现出岩层结构面产状的特征，本次计算以有限元法分析出考虑边坡主要节理结构面控制形成的潜在滑动面，采用强度折减法计算出稳定系数。
结合定检报告的既有边坡预应力损失值提高设计预应力值，应将应力损失部分考虑在内。
关于典型断面的选取，该典型断面与前后断面相似，并可作为最不利断面或者可以代表其他断面。
根据前期调查及相关讨论会议，推荐线采用左侧拼宽不扰动右侧边坡，比较线采用两侧拼宽，因此应评价既有边坡的稳定性和拓宽后的边坡稳定性。
（5）参数选取
结合该段边坡特点及地区经验，本次土层构成及参数选取自本段高边坡竣工图及施工图地勘资料，由于平行正常坡率开挖，整个边坡可看做均质顺层砂岩夹页岩边坡进行前期方案分析，结合资料考虑结构面间距按1.0m考虑（在计算中采用先自动计算求解出未考虑节理结构面的潜在滑动面范围，然后在该区域建立足够密间距的结构面线以控制滑动面），结构面和岩体按照规范取值折减。老路竣工图如下：
（6）既有边坡稳定性分析
既有边坡锚索采用18和22m长，设计预应力为500kN，结合项目区预应力损失情况，现状预应力损失按照40％考虑，即计算预应力为300kN，锚索水平间距4m，锚固段长度为10m，锚索单元为4束15.2mm。采用有限元建立边坡模型，考虑边界尺寸效应，对模型边界进行x、y方向约束，采用高斯6节点单元，单元初始数量为2000个，采用网格自适应法，设置岩层节理倾角为29°。为方便比较首先分析最不利暴雨工况，考虑岩层倾角情况下稳定系数为1.108（平面），不考虑时稳定系数为1.149（深层圆弧形处于稳定状态），导出有限元滑动面信息进行极限平衡法校核后最终稳定系数为1.118，在暴雨工况下属于基本稳定状态，与定性评价结果基本一致，因此考虑岩层倾角对顺倾边坡稳定性的影响是有必要的，考虑岩层倾角情况天然工况下稳定系数为1.267，为简便工程计算，如下将全部采用有限元法进行计算，本边坡未达到目标安全系数，需做加固处治。
图 未考虑层理产状的暴雨工况下边坡稳定性计算结果
图 考虑层理产状的暴雨工况下边坡稳定性计算结果
图 考虑层理产状的天然工况下边坡稳定性计算结果
经计算结果显示，考虑层理结构面时，暴雨工况下最不利滑动面在锚索范围内破坏，说明锚索预应力损失对边坡稳定性有较大影响，因此加固中对检测值预应力损失超过40％的锚索进行重新施打，并采用6根钢绞线组成的压力分散型锚索单元，设计预应力为600kN，锚索长增长为28m，锚固段长度仍为10m，经试算该加固方案天然工况下稳定系数可满足Fs＞1.30、暴雨工况下稳定系数可满足Fs＞1.20的要求。
（7）扩挖后边坡稳定性定性评价
扩挖断面设计方案为在老路一级边坡平台上增设桩板墙，保证上部边坡不予扰动，设计方案可保证边坡稳定系数达到设计要求，但考虑该高边坡的施工期及运营期历史，由于地质情况较为复杂，岩土体物理力学参数取值存在差异性可能，考虑22年针对暴雨期变形又进一步进行加固处治，建议不予扰动，同时需对最新检测报告中预应力损失超过40％的锚索进行重新施打为压力分散分散型锚索，不扰动的情况下做好加固支护。
（8）有限元导出滑动面
有限元将位移节点全部导出excel，采用单元格+&+","+&+单元格 的命令将坐标合成一个，然后打开cad，导入多点，粘贴所有点坐标至命令栏，就会得到如下结果，然后区域线进行连接，将滑动面导入极限平衡法中进行校核，校核结果与有限元计算结果相差并不大，但由于导出节点需要很细心的进行连接，稍微有所出入，但在合理范围。大家可以试试（此导出案例是其他边坡模型的，道理相同）。
