某高陡边坡稳定性分析

刘锡儒 潘启钊 农文龙

（深圳市工勘岩土集团有限公司）

0 引言

通过大量的实践经验和理论研究得出，边坡的稳定性与地下水、工程地质条件、地震作用、岩层裂隙、边坡上堆载等有关，可以看出，边坡稳定性分析是非常复杂的。长期以来，大量学者对于边坡稳定性相关案例与机理的研究已取得了丰硕的成果[1-2]。陈善雄[3]等对降雨的非饱和土边坡稳定性进行分析，采用极限平衡分析方法,建立了一套能考虑水分入渗的非饱和土边坡的稳定性分析方法；徐国强[4]等基于一高陡边坡实例，建立稳定性计算模型，运用极限平衡条分法对边坡稳定性进行计算。

现阶段，众多学者对边坡稳定性的大部分研究方法均比较单一。本文通过对南山区少帝路东南侧高陡边坡工程地质条件进行分析，采用赤平投影法、圆弧形滑面法、有限元分析法[5]三种方法对其边坡稳定性进行定性和定量分析。

1 工程概况

少帝路东南侧边坡景观提升项目边坡位于深圳市南山区少帝路东南侧，长度约200m，边坡高度约12.0m～32.0m，坡度在70°～80°之间，局部较为高陡，呈垂直状态。坡顶为少帝路，坡脚现状为空地，仅坡面挂网喷混凝土，混凝土厚约10cm，边坡体主要为中风化和微风化花岗混合岩，坡面表层风化严重，局部为块状强风化岩，局部坡脚可见掉落的碎块堆积，坡面局部碎块较为松散，有崩塌滑落迹象。

场地原始地貌为低丘陵，后经开挖山体、修建道路、居民小区等人类工程活动形成现状。坡面岩土体局部裸露，有少量杂草分布；坡脚为空地，较为平坦。勘察区地形标高11.91m～45.11m 之间。

本线路经过地段总体地势较为平坦，现状地面高程一般为5.90～17.96m，地貌类型为广花冲洪积平原。

根据勘察结果，场地内地层自上而下依次为：人工填土层（Q4ml），下伏基岩为蓟县系-青白口系混合花岗岩（Jx-QbY）。

本区域地下水较贫乏，地下水类型主要为松散孔隙水，主要赋存于坡脚素填土层中，透水性中等，水补给主要来源于大气降水渗入补给，向南排泄最终汇入南侧海洋。地下水受地貌形态，位置控制明显，受雨季大气降水、地表水下渗和侧向径流补给影响较大。

2 边坡稳定性分析

2.1 赤平投影分析

通过现场地质调绘，边坡坡顶少帝路内侧有基岩出露，对两个地质调查点测量产状。各结构面产状如下：

⑴地质调查点1：①节理面：29°∠20°；②节理面：45°∠70°；③节理面：310°∠35°；④现状边坡：150°∠80°。

从图1 可以看出，结构面的交线与边坡大角度相交或反倾，有利于边坡稳定，边坡处于稳定状态。

图1 地质调查点1 赤平投影图

地质调查点2：①节理面：44°∠35°；②节理面：230°∠80°；③节理面：217°∠65°；④现状边坡：150°∠80°。

从图2 可以看出，①、②交线与坡面同倾，且倾角小于边坡坡角，不利于边坡稳定，产生落石或局部坍塌。[6]

图2 地质调查点2 赤平投影图

2.2 圆弧形滑面法分析

2.2.1 计算分析工况

根据上述技术工作路线，现状边坡的安全稳定性状态计算分析分为三个工况：

第一工况：现状边坡在自然工况下自身的稳定状态；

第二工况：现状边坡在暴雨工况下自身的稳定状态；

第三工况：现状边坡在暴雨+地震工况下自身的稳定状态。

其中，本项目抗震设防烈度为7 度，设计基本抗震加速度值为0.1g。

2.2.2 圆弧滑动法

根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)5.2.3 条，对最不利8-8’截面采用圆弧形滑面进行稳定性计算。边坡高度约为32.0m，利用理正岩土计算系列软件5.11 版采用倾斜土层土坡稳定性计算，按瑞典条分法进行稳定性计算分析，以圆弧法破坏模式搜索最危险滑动面计算评价。

8-8’剖面，考虑少帝路行车荷载（取40kPa），在天然状态下，边坡滑动最小安全系数Fs=1.448＞1.35，处于稳定状态；在暴雨状态下最小安全系数Fs=1.361＞1.35，处于稳定状态；在暴雨+地震状态下，最小安全系数Fs=1.083＜1.15，处于基本稳定状态。需对其进行支护，以满足永久性边坡稳定性要求。

2.3 有限元分析法

2.3.1 三维有限元模型建立

采用MIDAS GTS 有限软软件进行建模，见图3。根据边坡的平、剖面图，选取的模型宽度为边坡坡脚和坡底各一倍边坡高度，考虑到边坡为岩质边坡，下部的岩层较坚硬且稳定，对边坡稳定性影响较小，因此，取坡脚1 倍边坡深度范围作为边界来确定分析下限。考虑岩土体为半无限体，模型以外不再考虑变形，即设定为固定边界。

图3 三维有限元模型图

2.3.2 有限元分析结果

从图4 可知，边坡X 方向（指向坡外）的位移为0.78mm，边坡坡体最大位移位移在坡中位置，边坡天然状态下稳定系数为1.461，边坡处于稳定状态。

图4 边坡X 方向位移云图

3 结论

从上述分析可知，圆弧形滑面法和有限元法计算的边坡稳定性基本一致，因模型考虑了整体性，其稳定性系数与圆弧形滑面法相比整体偏大。

通过赤平投影法、圆弧形滑面法、有限元法对边坡的稳定性进行分析，得出本项目边坡的总体评价为：边坡处于基本稳定状态。

4 边坡支护建议

通过对项目边坡的稳定性分析，建议边坡采用格构梁+锚杆+挂网喷砼进行支护。[7-8]

格构梁+锚杆支护结构分为杆和锚梁两部分。把破碎松散的岩土层整合胶结成整体，并锚固在地层深部稳固的岩土体中，使锚杆长度范围内的软弱岩土体(层)挤压密实，提高岩土层间的正压力和摩阻力，阻止开裂松散岩体的位移，提高坡体的整体稳定性，从而达到加固边坡的目的。这种方法的最大特点是：在保持既有坡面状态下可深入坡体内部进行大范围加固；预先主动对边坡松散岩土层施加正压力，起到挤密锚固作用；同时，通过对锚杆孔的高压注浆，浆液充填裂隙和孔隙，又可提高破碎岩体的强度和整体性；结构简单、施工方便、工期短、造价低廉。适用于裂隙和断层发育、边坡工作量巨大的高陡边坡的治理，可与喷射混凝土或框格护坡相结合。