顺倾大倾角岩质边坡稳定性分析案例分享

1月前浏览1040

最近一个月的高强度设计终于告一段落，每天基本凌晨3点睡，早上八点起，终究顺利交初稿，但还有一些想法没有落实到位，节后继续努力完善，祝大家国庆节愉快！

（1）既有高边坡情况、加固变形历史调查

该段高边坡位于低山丘陵地貌，山顶多呈圆形，坡顶多为反坡，植被茂盛。地下水位未发现，但基岩裂隙水较发育，钻孔LZK-2076与LZK-2151均有揭露，边坡富水性较高。

本工点右侧边坡现状为3级坡。根据调查实测坡率为一级边坡坡率1:0.75，二级边坡坡率1:1.0，三级边坡坡率1：1.25，10m分级，2-3m宽平台，采用防护形式为，一级片石砼表面镶预制块护坡，二级片石砼表面镶预制块及素喷砼护面，三级片石砼表面镶预制块护坡，岩土层主要为上部表层粉质粘土覆盖+下部全强风化砂岩及中风化灰岩，岩层破碎、节理裂隙较发育，强风化砂岩结构也已大部分破坏，裂隙发育，岩芯呈半岩半土状，灰岩溶洞发育，三个钻孔均揭露溶洞，无充填与全充填均有出露，详细信息如下：

根据历年定检报告，该高边坡无病害历史，支护系统及排水系统基本完好，发现平台踏步开裂和平台截水沟开裂，其他未见明显病害，表面病害调查状况分数:96.0，表面病害状况值为1。

（2）高边坡拟扩建方案及控制要素分析

本段路线推荐方案为两侧新建路基通过，将对右侧高边坡进行完全挖除后扩挖，目前该高边坡处于稳定状态，拟对此边坡进行完全挖除后重新进行防护方案设计。

本段高边坡共布设2个断面5个钻孔，根据地勘成果，除粉质粘土覆盖层外，中下部边坡以强风化砂岩及中风化灰岩为主，结合竣工图资料及现场调查进行赤平投影分析，岩层产状倾向与开挖边坡呈顺倾关系，但倾角较大，且以中风化灰岩居多，稳定性条件较好。

值得注意的是，该段边坡坡顶上部距离天然气管线较近，采用老路设计坡率放坡会侵占管线，需保证收坡后与其有10m的安全距离。

综上，本高边坡目前的主要特点如下：

①高边坡坡体整体稳定性较好，之前未发现病害历史，这说明原高边坡防护方案与设计坡率合理，但扩挖后坡顶上部有天然气管线，扩建后防护方案在吸取既有防护成功经验的基础上进一步优化，保证与天然气管线的安全距离；

②坡体岩层产状与坡面呈顺倾关系，虽然岩层倾角较陡（51°），但由于受制于天然气管线，放坡坡率将陡于岩层倾角，应注意其潜在的平面滑动破坏，由于上部为粉质粘土，在覆盖层的剪入口区域为类圆弧状，因此应考虑复合型破坏形式；

③勘察期间见稳定水位，且水位较高应考虑地下水影响；

④施工期需考虑开挖与支护有时间差的实际情况，开挖坡率应结合《广东省公路路基边坡防护及排水设计指南（试行）》参考现状坡度进行选取，保证施工期可能遇到的暴雨等不利情况，保证边坡开挖后的短期稳定性。

综上，本高边坡扩建后主要的潜在破坏模式为从覆盖层剪入后在岩层内的复合型平面破坏模式，同时应注意出露溶洞对边坡稳定性的影响。

考虑受控于上部天然气管线需进行陡坡率收坡，但开挖区域坡顶为圆顶状，采用路堑墙和桩板墙陡坡率快速收坡效果优势并不明显，并且由于溶洞发育，勘察的两个断面均发现了连串溶洞，如设置桩板墙或路堑墙需对基础下部的无充填和充填溶洞进行处治，应在保证收坡效果的同时考虑设置承载力要求较小的防护支挡措施，确保支挡防护措施“生根”，从地质断面来看边坡中下部为中风化灰岩，锚固基础条件较好且结构面强度较高，因此综合确定初拟设计坡率为一级边坡坡率为1:0.5，二级边坡坡率为1:1.0（考虑强风化和土层互层），三级边坡坡率1:1.0，10m分级，平台均为2m宽。

（3）定量评价依据规范

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及《广东省公路路基边坡防护及排水设计指南（试行）》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范围较大，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）定量评价分析方法

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，本段高边坡主要的潜在破坏模式为从覆盖层剪入后在岩层内的复合型平面破坏模式，因此根据《公路路基设计规范》3.7.5第二条及第五条，推荐采用基于极限平衡法（不平衡推力法，摩根斯坦法校核）下可输入节理、层理产状构成的复合强度模型进行分析，考虑滑动面的复杂性，采用有限元法进行分析后对滑动面进行提取后导入极限平衡法中进行计算。

边坡稳定性分析工况根据项目特点及边坡基本特征，共分为2组计算工况。天然工况下的稳定性，考虑天然自重+地下水位的组合，无地下水时考虑天然自重情况下的稳定性。

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。

（5）参数选取

（6）设计方案结果分析

按初拟设计方案进行放坡，基于有限元法建立边坡模型，边坡考虑边界条件，坡脚至下边界尺寸U不小于0.75H，右边界至坡顶边界尺寸R不小于2H，左边界至坡脚边界尺寸L应小于1H，对底边界进行xy方向位移双向固定，左右边界对x方向位移单向固定，经计算，其复合滑动面从坡顶粉质粘土覆盖层剪入后，在强风化砂层至中风化灰岩中部（从上至下第三个片块石回填溶洞）段滑动面为直线形（平面滑动），倾角与岩层产状在该剖面的视倾角相等，最后从坡脚剪出。将该滑动面拾取最大剪应变区域后输出建立最不利滑动面，采用极限平衡法进行计算，由于为复合型破坏模型且复合滑动面（折线形）已确定，推荐采用不平衡推力法（显式）进行计算并确定剩余下滑力，经计算开挖边坡天然工况下稳定系数为1.63，暴雨工况下稳定系数为1.43，处于稳定状态，满足设计要求。