某高填方路基邊坡穩(wěn)定性分析

某高填方路基邊坡穩(wěn)定性分析

1路基穩(wěn)定性差道路沿線(xiàn)是線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性在很大程度上取決于當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件。如果項(xiàng)目不充分，對(duì)地形、氣候、水文、地質(zhì)、土壤、地質(zhì)條件、植被覆蓋等因素缺乏全面的了解，可能會(huì)影響道路沿線(xiàn)的穩(wěn)定性。某高等級(jí)公路某路段原設(shè)計(jì)為填方路基，在路基附近原建有民房，后又修渠放水。幾年前發(fā)現(xiàn)民房有明顯裂縫，最大裂縫超過(guò)52cm。水渠右岸多處被擠出錯(cuò)動(dòng)，局部地段被擠垮、擠窄，而水渠下方的機(jī)耕道由于渠岸滑坡已被阻塞半邊。當(dāng)填方路基某處填至183m高程時(shí)(公路右側(cè)局部填高超過(guò)10m)，發(fā)現(xiàn)在回填土頂面有明顯拉裂縫，填方路基下也出現(xiàn)新的裂縫。而水渠右岸的砌墻擠出、錯(cuò)動(dòng)更為明顯。路基的不穩(wěn)定危及水渠的正常使用，并有可能影響水渠下民房的安全，其危害和后果將十分嚴(yán)重。針對(duì)這一工程所產(chǎn)生的問(wèn)題，筆者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)資料分析，對(duì)路基穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]，對(duì)路基加固提供了必要的依據(jù)。2巖性結(jié)構(gòu)劃分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆孔資料和人工挖孔資料，滑坡區(qū)主要地層為：(1)耕植土：厚0.5～1.2m，灰褐色，松散，普遍存在。(2)亞粘土：大部分鉆孔和人工挖孔中存在，一般厚為1.5～2.0m，局部厚達(dá)6.0m，呈黃紅色，硬塑，松散結(jié)構(gòu)，含小塊石。(3)碎石土：黃～黃褐色，松散到中密狀態(tài)，碎石主要成分為灰?guī)r碎塊，大部分孔中可見(jiàn)，厚度一般為2.0m左右，局部達(dá)到4.0m。(4)炭質(zhì)頁(yè)巖及劣質(zhì)煤層：只在局部地方出現(xiàn)，厚約8.0～12.0m，有時(shí)中間夾有硅化灰?guī)r?；液谏瑤r性軟弱，遇水浸泡易變?yōu)檐浰軤钔粒瑸槟嗝?，局部夾有硬煤矸石。(5)灰質(zhì)頁(yè)巖夾硅化灰?guī)r：灰黑色，以強(qiáng)風(fēng)化灰質(zhì)頁(yè)巖為主，呈薄層狀，巖性軟硬不均，巖芯呈碎塊狀，厚度為2.0～12.0m，只在極少數(shù)鉆孔中發(fā)現(xiàn)。(6)硅化灰?guī)r：灰色，弱～微風(fēng)化層，巖性較堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，局部地層有方解石脈，一般有溶蝕現(xiàn)象，普遍存在。綜上所述，將該段滑體處的巖層劃分為3層：第1層為耕植土、亞粘土層和碎石土層，層厚約為2.8～3.8m；第2層為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層，巖性破碎，裂隙發(fā)育，層厚一般為2.7～4.0m；第3層為中風(fēng)化和弱風(fēng)化層，巖體基本完整，力學(xué)指標(biāo)值c，?值較高。3傳遞系數(shù)法邊坡穩(wěn)定性分析和計(jì)算是邊坡研究的核心問(wèn)題，目的是確定經(jīng)濟(jì)合理的邊坡開(kāi)挖方案或分析已有邊坡的穩(wěn)定程度，并為擬定邊坡加固措施提供依據(jù)。邊坡計(jì)算的方法有極限平衡法、有限元法、界面元法、塊體元法、FLAC和概率法等，其中極限平衡法為最基本的方法。采用極限平衡法進(jìn)行計(jì)算時(shí)假定：(1)滑體為一剛體，不考慮滑體本身的變形；(2)當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)k=1時(shí)，滑體處于極限平衡狀態(tài)。滑動(dòng)面呈折線(xiàn)形的滑坡的穩(wěn)定性多采用傳遞系數(shù)法計(jì)算。計(jì)算時(shí)按滑面折線(xiàn)轉(zhuǎn)點(diǎn)將滑體分塊，并假定：(1)每一塊段的滑面為一直線(xiàn)；(2)各塊段下滑推力的作用方向平行于相應(yīng)各塊段的滑面，其作用點(diǎn)位于兩塊段分界面的中點(diǎn)。傳遞系數(shù)法的條塊作用力系見(jiàn)圖1。圖中：Fi為條塊剩余下滑力，Qi為水平作用力，Wi為條塊自重，Ni為條塊底部的總法向力，Ti為條塊底部的總切向力，ai為條塊底面傾角。傳遞系數(shù)法的表達(dá)式如下：式中：iF為第i條塊的剩余下滑力；ψi為第i-1塊段傳至第i塊段的傳遞系數(shù)；ks為抗滑安全系數(shù)；ci為第i條塊滑動(dòng)底面處巖土的粘聚力；il為第i條塊滑動(dòng)底面的長(zhǎng)度；?i為第i條塊滑動(dòng)底面處巖土的內(nèi)摩擦角；Wi為第i條塊的自重；Vi為第i條塊上部的垂直作用力；αi為第i條塊滑動(dòng)底面傾角；αi-1為第i-1條塊滑動(dòng)底面傾角；ui為第i條塊滑動(dòng)底面處的孔隙水壓力；Qi為第i條塊上作用的水平力，可為地震、爆破作用等效水平力或垂直裂隙上的水壓力等。4滑體極限平衡選取2個(gè)計(jì)算剖面進(jìn)行滑坡體穩(wěn)定性反分析計(jì)算。第1個(gè)剖面為滑體自然地形邊坡K1-K3-K4剖面(圖2)，其滑坡的入口處和出口處高程分別為198和167m。第2個(gè)剖面為滑體自然地形邊坡K1-K5剖面(圖3)，其滑坡的入口處和出口處高程分別為196和167m。滑動(dòng)面確定為第1層土體和第2層巖層的交界面(即假定第1層土體沿第2層巖體表面滑動(dòng))。假設(shè)第1層土體在自然邊坡?tīng)顟B(tài)下處于極限平衡狀態(tài)，由此反算第1層土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c，?值。第1層土體的容重為γ=19.8kN/m3。經(jīng)計(jì)算，得到一系列滿(mǎn)足滑體處于極限平衡狀態(tài)(ks=0.1)的c，?值，列于表1和表2中(即“sk=.10”一欄中的c，?值)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，第1層土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議選取表1中的c=4.67kPa，?=8.0°。5計(jì)算高端端部的穩(wěn)定性為了保證路基的安全，對(duì)路基基底坐落在不同巖層上的各種情況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。5.1不同層系抗剪強(qiáng)度指標(biāo)當(dāng)路基直接修筑在自然邊坡上時(shí)，其計(jì)算剖面如圖4所示，其滑體的入口處A點(diǎn)和出口處B點(diǎn)高程為分別為198和167m。對(duì)假定滑體沿第1,2層巖體交界面(工況A)和沿第2,3層巖體交界面(工況B)滑動(dòng)的2種工況分別計(jì)算分析如下。工況A：滑動(dòng)面為Ⅰ，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取與第1層土體相同，即c=4.67kPa，?=8.0°；取第1層土體容重γ=19.8kN/m3，填方土容重γ=210.kN/m3。經(jīng)計(jì)算，滑坡體的抗滑安全系數(shù)ks=0.88。欲將sk提高到1.30，支擋工程結(jié)構(gòu)需承受的推力為1070kN/m。工況B：滑動(dòng)面為Ⅱ，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值與第2層巖體相同，即c=7.0kPa，?=10.0°；取第2層巖體容重γ=220.kN/m3，填方土容重γ=210.kN/m3。經(jīng)計(jì)算，滑坡體的抗滑安全系數(shù)為ks=.107。欲將ks提高到1.30，支擋工程結(jié)構(gòu)需承受的推力為950kN/m。5.2．滑動(dòng)面為acb當(dāng)路基填筑在第1層土體與第2層巖層交界面上時(shí)，計(jì)算剖面如圖5所示?；w的入口處A點(diǎn)高程為198m，滑體的出口處B點(diǎn)高程為167m，滑動(dòng)面為ACB?；瑒?dòng)面的抗剪強(qiáng)度取值與第1層土體相同，即c=4.67kPa，?=8.0°；取第1層土體的容重γ=198.kN/m3，填方土的容重為γ=210.kN/m3。經(jīng)計(jì)算，得滑坡體的安全系數(shù)為0.83，說(shuō)明如果路基填筑在第1層土體中，路基將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。5.3滑動(dòng)面為復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度值當(dāng)路基填筑在第2層巖層與第3層巖層交界面上時(shí)，計(jì)算剖面如圖6所示?；瑒?dòng)面為ACB，第2,3巖層交界面處的滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度值取第2層巖體的抗剪強(qiáng)度值，即c=7.0kPa，?=10.0°；取填方土的容重為γ=21.0kN/m3，第2層巖體的容重為γ=220.kN/m3。經(jīng)計(jì)算，得滑坡體的安全系數(shù)為1.06，說(shuō)明如果路基填筑在第2層巖體中時(shí)，路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差需要進(jìn)行加固處理。5.4滑坡體抗剪驗(yàn)算路基選在第3層巖體中，計(jì)算剖面如圖6所示，滑動(dòng)面為ACB，當(dāng)?shù)?,3層巖體交界面處的滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度值取c=11.0kPa，?=12.0°時(shí)，經(jīng)計(jì)算，得滑坡體的安全系數(shù)ks=.130。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可知，第三層巖體的抗剪強(qiáng)度c，?值均應(yīng)分別大于11.0kPa和12.0°，這說(shuō)明當(dāng)路基處于第3層巖體中時(shí)，路基的抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)可滿(mǎn)足長(zhǎng)期穩(wěn)定要求。6錨固段中、微風(fēng)化地層經(jīng)計(jì)算分析，得結(jié)論如下：(1)本處邊坡將在第一層耕植土、亞粘土層和碎石土層中產(chǎn)生滑移，滑體厚度約4m，屬淺層滑坡。(2)如果考慮采用高架橋作為滑坡地段的路基建筑物，必須對(duì)滑坡體進(jìn)行加固處理，設(shè)置的支擋結(jié)構(gòu)所承受的推力為460kN/m。當(dāng)采用抗滑