通平高速公路路堑高边坡稳定性综合评价.pdf

第3 4 卷第1 期 2 0 1 4 年0 2 月 矿冶工程 M 田呵D i GA N DM 哐T A I J ．U R G I C A LE N G 矾E E R 矾G v 0 1 ．3 4 №1 F e b m a r y2 0 1 4 通平高速公路路堑高边坡稳定性综合评价① 何忠明1 ，张力1 ，王玲2 ，崔波1 ，姚陈宇1 1 ．长沙理工大学交通与运输工程学院，湖南长沙4 1 0 0 0 4 ；2 ．长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙4 1 0 0 0 4 摘要从定性与定量两方面对通平高速某岩质边坡稳定性进行了综合评价。定性分析采用赤平极射投影方法进行评价；定量分 析采用基于广义H 0 e k ．B m w n 准则和M o h 卜c o u l o m b 准则的极限平衡法与强度折减法分别进行计算。结果表明边坡岩层层面的倾 向与边坡坡面呈小角度相交，为顺层岩质边坡，同时节理面的倾向与边坡坡面也呈小角度相交，对边坡稳定不利；不同软件计算得 到的边坡安全系数分别为0 ．9 3 6 ，O ．9 2 9 与0 ．9 7 ，说明边坡滑动面产生了较大的下滑位移，边坡现阶段处于不稳定状态。 关键词边坡稳定性；赤平极射投影；F L A c ” 中图分类号u 4 1 6文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 1 ．0 0 2 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 叭4 0 卜0 0 0 6 一0 3 C O I I l l 胱l l e 】l l s i v eE v a h l 蚯蛐f 1 0 r 跳l b i Ⅱ够0 f 皿曲- c u tS l I 职i I lT o n 曲g 碰g 蛔哪 H EZ h o n g m i n 9 1 ，Z H A N GL i l ，W A N GL i n 9 2 ，C U IB 0 1 ，Y A 0C h e n 一 r u l 1 ．鼬D o Z 矿孤缸口凡d ‰唧o n n ￡幻nE 谢胎e 一昭，劬。呼耽‰妇e 巧砂矿s c i e n c e 口蒯‰ 加Z D g y ，吼口秽地4 1 0 0 0 4 ， 矶凇n ，吼i m ；2 ． 幻o Z 矿C 如以E 甥i 聊e 矗n g 口以A 九娩i 抛c t M r e ，铂口咿玩踟眈瑙砂矿 如凡c e Ⅱ以‰ ∞f 0 肜， 吼n 咿胁4 1 0 0 0 4 ，肌聪n ，铂i M A b s t r a c t Ac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nw a sm a d ef o rt h es t a b i l i t yo far o c ks l o p ei nT o n g P i n gh i g h w a yb yq u a l i t a t i V ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ．F o rq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，s t e r e o g m p h i cp o l a rp r o j e c t i o nw a su s e d ，w h i l el i m i te q u i l i b r i u mb a s e do n m eg e n e 豫l i z e dH o e k ．B r o w na n dM o h r ．C o u l o m bc r i t e 打o na n ds t r e n g t hr e d u c t i o nw e r ea d o p t e df o rq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ． R e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed i po fb e d d i n gp l a J l ea n ds l o p es u r f a c ei n t e r s e c tw i t l le a c ho t } l e ra tas m a l la n g l e ，s ot h es l o p e i sb e d d i n gs t r a t i 6 e d ，a n dt h ei n t e r s e e t i o no fj o i 矗id i pa n ds l o p es u r f a c ea tas m a l la n g l ei su n f a V o m b l et ot h es l o p e s t a b i l i t y ；S l o p es 如t yc o e 伍c i e n t0 f0 ．9 3 6 ，0 ．9 2 9a n d0 ．9 7 ，r e s p e c t i 、r e l ye a l c u l a t e dw i md i r e n ts o f t w a r e ，i n d i c a t e d t } l e r ew a sag r e a t e rd o w n s l i d eo nt h es l o p es l i d i n gs u ’a c e ，r e s u l t i n gi nt 1 1 ei n s t a b i l i t yo ft h es l o p ea tt } l i ss t a g e ． K e yw o r d s s l o p es t a b i l i t y ；s t e r e o g m p h i cp o l a rp 玎D j e c t i o n ；F I A C 3 u 边坡稳定性分析是进行边坡工程安全评价、加固 与治理的前提，经过长期的理论研究及工程实践，该法 已经日趋完善、更新与成熟。边坡稳定性分析方法主 要有确定性分析与非确定性分析两种。确定性分析是 分析边坡稳定性的基本方法。2 1 。近年来，边坡稳定 分析方法由确定性分析向不确定性分析发展∞叫1 | 。由 于边坡工程的复杂性，使用单一分析方法进行边坡稳 定性分析显得可信度不大，所以边坡的稳定性评价由 单一方法向综合评价分析发展是一种趋势。本文结合 赤平极射投影法、极限平衡法与强度折减法对通平高 速公路某路堑边坡进行了稳定性综合评价，为工程实 践提供参考。 1 工程概况 所研究路堑高边坡地段为丘陵地貌，地面高程 1 1 0 ～1 4 5m ，高速公路由东北至西南方向穿过该区，并 在山体东南侧区域进行了部分切方，在高速公路右侧 形成长约1 7 0m ，最大高度约4 0m 的路堑边坡。该边 坡原设计方案为自路基右侧向上分别按l 0 ．7 5 ，1 l ， 1 1 ，l 1 ．2 5 分四级放坡，框格防护，边坡开挖大体成型 后由于雨水冲刷等因素影响引发滑坡。在距现开挖坡 口线约8m 左右产生裂缝，裂缝宽约0 ．4m ，可见深度 约4 ．5m ，倾角较陡立，且有继续发展的趋势，经综合考 虑多方面因素，需对此段边坡稳定性进行重点评价，从 而为边坡处治提供技术支持，以免再次发生地质灾害。 根据切方后边坡岩石裸露情况，切方边坡岩性为 泥质板岩，全风化层厚约1 ．5 2 ．0m ，一级边坡基本为 弱风化层，岩石节理裂隙很发育，易在坡面形成小滑 塌。地下水十分发育，坡面渗水成水流。岩层倾向一 般1 9 0 0 一2 0 0 0 ，倾角4 5 0 ～5 0 。，岩层倾向与边坡坡向呈 ①收稿日期2 0 1 3 一0 9 1 3 基金项目广西科学研究与技术开发计划项目 桂科转1 2 9 8 0 1 1 2 ；湖南省自然科学基金项目 1 2 J J 6 0 5 2 ；湖南省教育厅资助项目 1 3 c 1 0 1 0 作者筒介何忠明 1 9 8 0 一 ，男，湖南永兴人，博士后，副教授，主要从事路基工程教学与科研工作。 万方数据 第l 期何忠明等通平高速公路路堑高边坡稳定性综合评价 4 5 0 斜交。主要发育四组顺坡向节理，产状分别为 1 1 5 0 ￡5 0 。、1 3 5 0 ￡5 5 0 、1 1 0 0 ￡5 0 。与1 0 0 。￡6 2 。，另一 组节理产状倾向坡外，节理产状1 6 0 0 ￡3 0 0 ，节理面一 般较平直，间距一般0 ．1 ～0 ．2m 。 2 高边坡稳定性综合评价 2 ．1 赤平极射投影定性分析 根据工程地质调查结果绘制赤平极射投影图 见 图1 。从图l 中可知，该路堑边坡的岩层层面的倾向 与边坡坡面呈小角度相交，为顺层岩质边坡，同时边坡 节理面的倾向与边坡坡面也呈小角度相交，对边坡稳 定不利。综合分析后可知，该边坡现阶段处于不稳定 状态，需对其进行加固处理。 北 南 图l 边坡赤平极射投影 东 2 ．2 边坡极限平衡稳定性分析 根据现场实际调研情况，结合现场试验和室内试 验，采用极限平衡分析软件计算时选取如下参数地质 强度指标S 口 2 0 ，曲线拟合参数m i 9 ，单轴抗压强 度矿d 3 5M P a ，岩体弱化因子D O ．5 ，边坡高度日 4 0 m ，岩体重度y 2 0k N ／m 3 。计算时选用广义H o e k - B n 材料屈服准则。计算得到的边坡稳定性结果如 图2 所示。 于不稳定状态，这与现场调研得到的实际情况相符。 为对比分析使用不同材料屈服准则计算得到的边坡稳 定性，通过广义H o e k - B m w n 准则与M o h 卜c o I l l o m b 准 则的参数转化关系，可得出该边坡岩体对应的M o h 卜 C o u l o I l l b 准则力学参数粘聚力c 0 ．1 1M P a ，内摩擦 角9 3 1 ．4 5 。。然后通过同一软件计算得出该边坡安 全系数为O ．9 2 9 ，表明基于这两种屈服准则计算差异不 大，其中基于广义H o e k B r o w n 准则比等效M o h 卜 C o l l l o I l l b 准则计算出的边坡安全系数稍大。 2 ．3 基于F L A C 3 D 的边坡稳定性分析 采用基于强度折减法的F L A C 3 D 软件进行计算分 析，计算模型按照工程实际而设置，该高边坡分五级，每 级坡高8 ．0m ，坡率为1 1 ．7 5 。其中台阶设为1m ，台阶 上修建排水沟与引水槽，取基层为4m ，共长8 1m ，典型 断面取0 ．5m 厚度。建立的计算模型如图3 所示。 图3基于F L A C ∞的边坡稳定性计算模型 边界条件铅直边界上施加水平位移约束；水平边 界上施加铅直位移约束。 通过软件数值模拟计算，可得出该五级高边坡的 剪应变如图4 所示，塑性区分布如图5 所示，在自重应 力状态下边坡的位移场如图6 所示。 由图2 可知该岩质高边坡安全系数为O ．9 3 6 ，处 图4 五级高边坡的安全系数、剪切应变增量图及速度矢量图 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 图5 五级高边坡塑性区图 不稳定状态，需对其进行加固治理。建议对边坡采取 框格梁 锚杆方案进行加固治理。 f Z C 3 2 ，i ∞ 激震怒驴 ．I l 蠢 。隧辫 号j 器器嚣2 篙 一粼德溢 3 结论 1 赤平极射投影分析表明，边坡的岩层层面的倾 向与边坡坡面呈小角度相交，为层状顺向的边坡，同时 节理面的倾向与边坡坡面也呈小角度相交，说明边坡 现阶段处于不稳定状态。 2 基于极限平衡分析法，采用广义H o e k B r o w I l 准则与M o l l r ．c o u l o n l b 准则计算得到的边坡安全系数 分别为o ．9 3 6 与0 ．9 2 9 ，说明采用不同强度准则计算得 到的安全系数相差不大。 3 综合采用赤平极射投影法、极限平衡法和n A C 3 D 数值分析，都得到该边坡安全系数不符合相关规范规定， 表明该边坡现阶段不稳定，需对其进行加固处理。 参考文献 [ 1 ]王旭．结合M o 孵珊t e m - P r i c e 法与s 跏法计算岩质- 土质混合 边坡稳定性研究[ D ] ．北京中国建筑科学研究院，2 0 1 0 ． [ 2 ] 郑荣跃，梧松．基于s p e n c e r 法的边坡稳定性可靠度指标分析 [ J ] ．岩土力学，2 0 0 6 ，” 1 1 4 7 1 5 0 ． [ 3 ]王宇．滑坡渐进破坏模糊随机可靠性研究[ D ] ．武汉中国地质 大学工程学院，2 0 1 2 ． [ 4 ]罗根传，胡庆国，谭积青．基于极限平衡法与强度折减法的高边坡 。过程稳定性分析[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 2 1 4 一1 7 ． [ 5 ]熊传治。彭状。李绍峰，等．极限平衡分析的精确解法与国内外 几种常用计算方法的分析比较[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 1 5 8 ． [ 6 ] 潘秋景，孙志彬，杨小礼．加筋膨胀土边坡变形及影响因素分析 [ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 3 卜4 ． [ 7 ]李亮，迟世春，林皋．基于蚁群算法的复合形法及其在边坡稳 定性分析中的应用[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 4 ，2 6 5 6 9 卜6 9 6 ． [ 8 ]张严，司光晔．基于可靠度理论对榆佳高速公路某堆积体边坡 稳定性分析[ J ] ．公路，2 0 1 3 6 4 4 4 9 ． [ 9 ] 黄胤超，虢柱，刘建华，等．基于二次响应面的震区边坡稳定性 可靠度分析[ J ] ．公路工程，2 0 1 1 6 1 5 2 1 ． [ 1 0 ] 蔡宁．路基边坡稳定性的影响因素[ J ] ．公路工程，2 0 1 1 6 1 3 8 一1 4 0 ． [ 1 1 ]徐秀维．公路边坡稳定性预报的灰色突变研究[ J ] ．公路工程， 2 0 1 3 4 1 7 4 一1 7 7 ． 中国知网版权声明 本刊已许可中国学术期刊 光盘版 电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式 复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交 文章发表的行为即视为同意本刊上述声明。 矿冶工程编辑部 2 0 1 4 年0 2 月 万方数据