何成兵，喻 興，劉 宏

(貴州大學(xué) 國土資源部喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025)

0 引 言

隨著中國民航局《中國民用航空發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》的發(fā)布，在2016至2020年的5年時(shí)間內(nèi)，我國機(jī)場建設(shè)將會進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。中國西南地區(qū)的青藏高原幅員遼闊，海拔高，特別是青藏高原東緣地區(qū)由于近期構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈使得青藏高原快速抬升，河流急劇下切，形成了高山峽谷地貌[1-4]。由于獨(dú)特的地理位置和特殊的地形地貌，使得機(jī)場建設(shè)十分必要。

在西南地區(qū)修建機(jī)場，為滿足場地條件和凈空條件機(jī)場建設(shè)勢必面臨高填方和高地震烈度等問題[4]。山區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜的地質(zhì)條件也給機(jī)場的穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)，若處理不當(dāng)，勢必造成安全隱患和重大經(jīng)濟(jì)損失。如攀枝花機(jī)場 ，由于填方體下部的軟土地基處理不當(dāng)，造成了填筑體滑坡，對機(jī)場運(yùn)營和社會經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的影響[5]。

因此，在機(jī)場設(shè)計(jì)之初對于機(jī)場的穩(wěn)定性分析應(yīng)該引起重視。本文通過對在建甘孜機(jī)場初步設(shè)計(jì)方案中的典型邊坡進(jìn)行不同工況下的穩(wěn)定性分析，對比分析在目前的設(shè)計(jì)方案和施工工藝條件下的邊坡穩(wěn)定性，為后續(xù)的機(jī)場建設(shè)和設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供一定依據(jù)。

1 概念模型建立

1.1 工程地質(zhì)概況

擬建的機(jī)場飛行區(qū)規(guī)模為4C,跑道長4 000 m,跑道兩端各設(shè)300 m安全端，飛行區(qū)總長度達(dá)4 600 m。跑道道槽寬45 m，道肩1.5 m,總寬度48 m。該機(jī)場中心點(diǎn)設(shè)計(jì)高程為4 059.1 m,地形最大相對高差196 m,最大挖方高度60 m,最大填方高度109 m,填方量達(dá)4 000×104m3，屬于典型的高高原高填方機(jī)場。本文選擇最具代表性的填筑邊坡進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

本次選擇剖面所在區(qū)域?yàn)檎訚上嗥皆偷匦胃卟钕鄬^小的斜坡，但填方高度大于100 m。由于構(gòu)造和堆積作用的影響(圖1)，基巖面起伏相對較大，局部地段第四系覆蓋層厚度達(dá)21 m，其物理力學(xué)性質(zhì)變化十分明顯，屬于典型的不均勻地基。在沿坡面方向基巖起伏較大，在基巖面上堆積有厚度不均的泥炭土和粉質(zhì)黏土，這些堆積土往往力學(xué)性質(zhì)較差，為填方體沿基巖面滑移創(chuàng)造了條件。同時(shí)在填方體邊坡坡腳處存在著一條規(guī)模較大的正斷層，且在離機(jī)場不遠(yuǎn)處還存在規(guī)模更大的斷層，在這些地區(qū)由于斷層以及地形的原因同時(shí)存在著豐富的地下水。總體來說，該場地從填方高度、基巖起伏、物理力學(xué)性質(zhì)以及高地震烈度等方面為典型的不均勻性地基，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該予以重視。

1.2 概化模型

在機(jī)場詳勘階段提供的剖面圖基礎(chǔ)上，進(jìn)行有效概化模型的劃分，具體填方模型與處理后地基模型見圖2。填方區(qū)天然邊坡為斜坡，坡度8°～10°，邊坡基巖為傾角20°左右的順層巖層，坡面覆蓋層厚度較薄且不連續(xù)，偶爾可見出露的基巖；坡腳下分布有泥炭和粉質(zhì)黏土，它們具有厚度不一、面積大、地下水豐富等特點(diǎn)。根據(jù)勘察報(bào)告，現(xiàn)場填料主要為灰?guī)r和砂巖填料，填料的土石比為0.5∶9.5；填方邊坡綜合坡比為1∶2.5，上部坡比為1∶2.0，下部坡比為1∶2.5。同時(shí)由于填方邊坡太高，在坡腳處設(shè)置有一定厚度的反壓層。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

圖2 剖面圖概化模型1.F90;2.反壓；3.換填；4.全風(fēng)化變質(zhì)砂巖；5.強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖-上層；6.中風(fēng)化變質(zhì)砂巖；7.強(qiáng)風(fēng)化角礫；8.灰?guī)r；9.粉質(zhì)黏土-可塑；10.強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖-下層；11.全風(fēng)化砂巖-強(qiáng)夯后；12.強(qiáng)夯-粉質(zhì)黏土

1.3 具體參數(shù)取值

根據(jù)勘察資料和現(xiàn)場大剪試驗(yàn)，得出填方地基與填筑體的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)(表1)。根據(jù)《民用機(jī)場巖土工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(MH 5027-2013)、滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(DZT 0219-2006)等相關(guān)規(guī)定，建議填方邊坡對應(yīng)工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)不應(yīng)低于表2規(guī)定數(shù)值。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值表

注：表1中※參數(shù)為經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)計(jì)算地震條件下的邊坡穩(wěn)定性時(shí)，地震加速度取0.2 g。

表2 填方邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

2 典型邊坡穩(wěn)定性分析

利用典型模型建立對應(yīng)的有限元模型，利用GEO-SLOPE軟件，對典型邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析[6]。通過有限元分析邊坡在天然、暴雨、地震3種工況下的穩(wěn)定性，確定潛在滑移面的位置。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析前，需要弄清楚2個(gè)關(guān)鍵的工程問題：

1) 沼澤相平原對填方體的影響。由于填筑體的坡腳處于沼澤相平原地區(qū)，該地區(qū)存在有大量厚度不一的第四系坡洪積物覆蓋層，這些土層含水量較大，地下水豐富，工程地質(zhì)性質(zhì)差。同時(shí)在地基處理和邊坡填筑過程中，人為地改變了地表水和地下水的滲流系統(tǒng)，抬高地下水滲流高程，導(dǎo)致給整個(gè)邊坡提供抗滑力的能力降低，進(jìn)而降低了整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性。

2) 填筑體自身的穩(wěn)定性問題。由于填筑體填方量較大，填筑高度大，存在著填筑體自身滑坡的可能性。但填筑體自身穩(wěn)定性可通過控制施工工藝和填料特性，這個(gè)問題比較容易解決和控制。

2.1 典型邊坡在天然工況下的穩(wěn)定性分析

典型邊坡的穩(wěn)定性分析(圖3)：在穩(wěn)定性分析軟件(GEO-SLOPPE)中使用不同的分析方法對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，同時(shí)通過人為去掉一些不合實(shí)際的潛在滑動面，得出該邊坡的的穩(wěn)定性系數(shù)均在1.470～1.813之間。

圖3 典型邊坡穩(wěn)定性分析

2.2 典型邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定性分析

典型邊坡的穩(wěn)定性分析(圖4)：對該邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定性分析，主要是通過改變邊坡中各填筑層的物理力學(xué)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。同理在穩(wěn)定性分析軟件(GEO-SLOPPE)中使用不同的分析方法對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，同時(shí)通過人為去掉一些不合實(shí)際的潛在滑動面，得出該邊坡的的穩(wěn)定性系數(shù)均在1.241～1.3.291之間。

圖4 典型邊坡穩(wěn)定性分析

2.3 典型邊坡在地震工況下的穩(wěn)定性分析

典型邊坡的穩(wěn)定性分析(圖5)：在分析地震條件下的邊坡穩(wěn)定性時(shí)，取0.2的水平地震系數(shù)對該邊坡進(jìn)行分析。通過不同的計(jì)算方法得出一些不合實(shí)際的結(jié)果，通過人為省略，最后得出該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)在1.029～1.054之間。

圖5 典型邊坡穩(wěn)定性分析

3 結(jié) 論

1) 在天然工況下所得穩(wěn)定性系數(shù)：不同的穩(wěn)定性分析方法得出的穩(wěn)定性系數(shù)在1.470～1.813。

2) 在暴雨工況下所得穩(wěn)定性系數(shù)：不同的穩(wěn)定性分析方法得出的穩(wěn)定性系數(shù)在1.241～3.291

3) 在地震工況下所得穩(wěn)定性系數(shù)：不同的穩(wěn)定性分析方法得出的穩(wěn)定性系數(shù)在1.029～1.05。

4) 不同工況下、不同分析方法所得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)均大于要求值，說明設(shè)計(jì)方案中對于邊坡的設(shè)計(jì)以及地基處理符合機(jī)場工程設(shè)計(jì)要求。