郭秩映

摘要：在高速公路建設(shè)中，邊坡工程較多，施工難度大，變形量大，處理不當(dāng)易引起增加投資、延誤工期、造成災(zāi)害等不良后果，因此地質(zhì)勘察成為邊坡穩(wěn)定性分析中的重要環(huán)節(jié)之一。文章分析了某高速公路路塹邊坡穩(wěn)定性的影響因素，可為類似路塹邊坡的穩(wěn)定性分析提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；路塹邊坡；穩(wěn)定性；影響因素

1.工程概況

以某高速公路為例，其開挖總長度為31.22km，施工過程中發(fā)現(xiàn)，典型路塹路段樁號為K12+900～K13+020的路段，其最大開挖深度為18.0m，本文通過分析典型挖方路塹路段的穩(wěn)定性參數(shù)，對其中的錨桿預(yù)應(yīng)力值、錨桿加固設(shè)計等參數(shù)作出進一步優(yōu)化，從而提高施工路段的安全性和穩(wěn)定性。

2.工程地質(zhì)情況

2.1地質(zhì)條件

針對該工程的具體情況，本文采用了微分電測深、工程地質(zhì)測繪、原位測試、鉆探等地質(zhì)勘察方法，以了解該段路塹邊坡的滑坡規(guī)模、巖土體特征和滑動面位置等情況，從而制定有針對性的施工方案。（1）地理條件：首先從該段路塹邊坡的自然地理條件來看，地形復(fù)雜，屬于典型的丘陵地貌，地勢高差較大，原始地面高程290.0m～324.5m，山體坡度介于10°～25°之間。局部有基巖裸露，植被發(fā)育較好。（2）地層巖性條件：經(jīng)過實地勘察發(fā)現(xiàn)，在勘察深度范圍內(nèi)，該路段出露的地層主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂巖以及第四系更新統(tǒng)（QP）粉質(zhì)粘土等。（3）水文地質(zhì)：對水文地質(zhì)的勘察可以從地表和地下水兩個方面開展，從地表水來看，該路塹段無地表水體發(fā)育，只有在暴雨季節(jié)才有可能出現(xiàn)地表徑流，地表水向低洼地帶排泄，其中部分沿裂隙直接滲入到滑坡體內(nèi)。（4）地質(zhì)構(gòu)造：通過對該路塹邊坡路段的地層時代和巖相古地理進行研究發(fā)現(xiàn)，該路塹邊坡及外圍一定范圍內(nèi)，具有一個相對穩(wěn)定的時期，即泥盆晚期～三疊晚期，而該路段在進入三疊晚期后，直到侏羅早期，均具有非常明顯的沉降運動，地質(zhì)構(gòu)造獨特。

2.2水質(zhì)分析

通過對3處鉆孔中所獲取的3組地下水試樣進行化驗分析，并對其水質(zhì)進行判定發(fā)現(xiàn)，該場區(qū)的地下水對鋼筋混凝土及該結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有輕微的腐蝕性。

2.3巖土物理力學(xué)性質(zhì)

對于該工程，經(jīng)勘察共獲取擾動土樣2件和原狀土樣7件，對其進行巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗等分析，并在野外對其實施15次標準貫入試驗。

3.建立模型

在實際勘察的基礎(chǔ)上，根據(jù)該路塹邊坡實際情況，運用大型有限元軟件FLAC建立了關(guān)于該路塹邊坡的有限元模型：（1）該路塹邊坡的整個開挖過程屬于淺挖邊坡，建模時只需考慮坡體本身的自重力。（2）邊坡的左右邊界，對水平方向的自由度進行固定，并適當(dāng)進行滑動約束，同時將垂直方向的自由度釋放，固定約束模型底部，以模型頂部為自由邊界面，對整個破體的自然滑動過程進行模擬和演示。（3）應(yīng)用摩爾—庫倫模型作為本構(gòu)模型，下表1為各材料的相關(guān)參數(shù)。

4數(shù)值模擬影響路塹邊坡的相關(guān)因素

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，路塹邊坡的穩(wěn)定性影響因素眾多，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件等情況，明確巖體抗拉強度、粘聚力、水位、內(nèi)摩擦角、巖體密度等影響因素，然后分別建立對應(yīng)的參數(shù)模型，分析各因素對路塹邊坡穩(wěn)定性的影響。

（1）粘聚力。根據(jù)粘聚力不同的參數(shù)模型數(shù)值，可以分析判斷出邊坡穩(wěn)定性與粘聚力的關(guān)系，隨著粘聚力的不斷增加，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)也會不斷增加，但是增加速度會逐漸趨于緩慢。

（2）內(nèi)摩擦角。隨著內(nèi)摩擦角的變化，路塹邊坡穩(wěn)定性也會隨之發(fā)生相應(yīng)改變，在內(nèi)摩擦角從13°增加至38°時，路塹邊坡的穩(wěn)定性也明顯提高。

（3）坡度。為了解坡度與坡穩(wěn)定性的關(guān)系，可建立不同坡度的參數(shù)模型，如坡度為0.8、1.0、1.6、2.0、2.7、2.9等，通過對塑性區(qū)和穩(wěn)定性系數(shù)進行計算，從而判斷坡度與邊坡穩(wěn)定性這兩者之間所具有的關(guān)系。

（4）巖體密度。除了上述因素外，巖體密度與邊坡穩(wěn)定性也具有一定關(guān)系，通過改變巖體密度，對其穩(wěn)定系數(shù)進行計算，得出了如圖1的計算結(jié)果，通過分析可知，巖體密度與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)呈反比例關(guān)系，也就是說隨著巖體密度的增大，邊坡穩(wěn)定性會相應(yīng)降低，這也是進入雨季，需要對坡體進行排水避免雨水滲入的重要原因。

（5）巖體抗拉強度。在分析過程中，為了解巖體抗拉強度的影響，可通過改變巖體抗拉強度，模擬相關(guān)數(shù)值，對其與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系進行分析，模擬結(jié)果如下圖2所示，在巖體抗拉強度達到2.8MPa以上時，巖體抗拉強度變化不會影響邊坡的穩(wěn)定性，在巖體抗拉強度位于臨界值（2.8MPa）以內(nèi)時，對邊坡穩(wěn)定性系數(shù)具有一定影響，但是在超過該臨界值后，對邊坡穩(wěn)定性基本無影響，由此可見，與其他因素相比，巖體抗拉強度對邊坡穩(wěn)定性的影響相對較小。

（6）水位線。在模型底平面設(shè)置水位標準線，然后建立不同水位線高度的模擬模型。通過對水位線與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系進行分析發(fā)現(xiàn)，水位線越高，越容易出現(xiàn)小邊坡破壞的情況，尤其是在水位線高度達到4m以上，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)會急劇下降，說明水位線在超過一定高度后會急劇降低邊坡的穩(wěn)定性。

5.分析各因素敏感性

通過分析發(fā)現(xiàn)，各因素對邊坡穩(wěn)定性具有不同的影響規(guī)律，所以為掌握各因素的敏感性，應(yīng)采用一元化的單位對各因素的影響進行衡量，充分利用參數(shù)敏感度分析方法對其影響效果進行分析。

在上述公式中，Si越大則意味著xi與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系越大，計算的各影響因素敏感度，其中內(nèi)摩擦角所具有的敏感度最大，說明其對邊坡穩(wěn)定性的影響最明顯，其次為密度和粘聚力，抗拉強度對邊坡穩(wěn)定性的敏感度最低。

6.結(jié)論

高速公路路塹工程建設(shè)過程中邊坡穩(wěn)定性控制極為重要，應(yīng)盡可能將邊坡失穩(wěn)造成的危害降至最小，根據(jù)工程情況分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，并對各設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，有助于增強公路邊坡的穩(wěn)定性，雖然本工程穩(wěn)定性計算及模擬設(shè)計等仍存在一定不足，但它為公路工程建設(shè)提供了一種簡單可行的定量分析方法。

參考文獻：

[1]李文娟.土質(zhì)路塹高邊坡穩(wěn)定性分析與加固措施研究[D].中南大學(xué)， 2011.

[2]卜艷春.公路路基邊坡穩(wěn)定性及防治措施[J].交通世界：運輸車輛， 2012（9）：160-161.

[3]黃舉松，卿翠貴，姚文杰.淺析已運營高速公路高邊坡安全風(fēng)險防控工作研究[J].西部資源， 2017（02）：123-125.

[4]張麗平.探討巖溶區(qū)高速公路橋梁樁基的地質(zhì)勘察[J].西部資源， 2017（03）.

[5]趙國軍，陳釩，歐陽汛.石膏質(zhì)巖隧道工法優(yōu)選[J].西部資源， 2017（02）：187-192.

[6]曹春山，樊友麗，王存良.公路施工中的軟土地基處理方法[J].西部資源， 2015（06）：58-59.