SLOPE/W软件在深路堑边坡稳定性分析中的应用

杨愧

摘要： 采用SLOPE/W软件，基于极限平衡理论和Bishop法，对深挖路堑边坡在天然、开挖、开挖暴雨、开挖地震和开挖暴雨地震5种工况条件下的稳定性系数进行计算，为高速公路建设和支护提供依据。结果表明：边坡在自然条件下基本处于稳定状态，但在开挖暴雨地震的极端工况下则可能发生破坏。

Abstract： Based on the limit equilibrium theory and Bishop method， this paper applies the SLOPE/W software to the calculation of the stability coefficients in 5 different conditions， such as nature， excavation， excavation in rainstorm， excavation in earthquake， excavation in rainstorm and earthquake， thus providing basis to the highway construction and support. The results show that the slope is stable under the natural condition， but it is likely to be damaged under the extreme conditions of the excavation， earthquake and rainstorm.

關键词： SLOPE/W；极限平衡法；Bishop法；边坡稳定性；深路堑边坡

Key words： SLOPE/W；limit equilibrium；Bishop method；slope stability；deep-cutting slope

中图分类号：U416.1+4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0078-02

0 引言

随着西部大开发战略的实施，以云南为代表的西南山区兴建了大量的基础设施和高速公路，进而产生了诸多受地形地貌等影响的工程边坡的问题[1]。深路堑边坡就是其中之一，其稳定性分析是高速公路后续建设的重点和难点[2]。

边坡稳定性分析方法有定性和定量两类[3]，其中定量分析方法是建立在定性分析基础之上的。我们常采用的定量方法是极限平衡法[4]，通过对滑面安全系数的计算，从而判断边坡的稳定状况。

SLOPE/W[5-6]是一款基于Bishop法的边坡稳定性分析软件，常用于土质、软岩质及碎岩边坡的稳定性分析。结合软件对工程实例进行分析，了解不同工况条件下的稳定性系数，对深路堑边坡进行稳定性评价。

1 边坡稳定性计算方法

极限平衡法[4]是边坡工程中最常用的稳定性分析方法，以垂直条分法为基础，通过引入条间力的假定使方程组个数与未知变量个数相同，从而利用力的平衡方程求解边坡的抗滑稳定安全系数。

通常对于圆弧滑动面采用的是Bishop法[4][7]，该方法是一种仅考虑土条间法向力，而不考虑土间剪切力的计算方法。Bishop建立了基于垂直方向静力平衡的条块底部法向力方程。条块底部法向力是安全系数的函数，在Bishop法中，安全系数需要用迭代法进行求解。

为了求解简化Bishop法的安全系数，必须首先猜想一个初始值。在SLOPE/W中，采用瑞典条分法来计算得安全系数初始值，利用这个初始值来计算和值。反复迭代多次，直至前后两次的达到容许精度，最终可求解得到安全系数。

2 工程实例

2.1 工程地质概况

场地位于云南省上关至鹤庆高速公路第1合同段K13+075.0～K13+165.0的左幅，深挖路堑段高程介于1969.61～2014.079m之间，相对高差44.469m；属构造侵蚀（剥蚀）中山地形地貌区，山势陡峻，地形起伏较大，自然坡度40°～65°。地表大部分基岩出露，植被不发育。在路堑附近无大型断裂通过，断裂褶皱发育不强烈。

根据地质调查、坑探以及钻探揭露结果，该深挖路段范围内主要地层自上而下为：①Q4el+dl含砾粉质黏土：灰褐色，硬塑状，角砾成分为强～中风化玄武岩，厚度不大，分布不均匀。②强风化玄武岩：灰褐色，强风化，斑状结构，杏仁构造，裂隙发育，岩芯呈碎石状、碎块状，风化节理发育，风化色呈灰褐色、灰黄色。③中风化玄武岩：灰褐色，致密状，中风化，裂隙发育，岩芯呈碎石～柱状，埋置深度较深。深挖路堑段总长90 m，施工开挖后将在路线左侧形成高50.92 m的岩土混合型边坡。结合其所在区域的地层岩性、坡比等条件，深路堑的地质横断面见图1。

2.2 稳定性计算参数及工况选择

根据室内岩土试验、工程地质类比法、反算法及经验值综合分析，且同时考虑地下水和降雨渗入坡体等因素的影响，确定的边坡岩土体参数如表1、2所示。

深路堑边坡在外荷载（降雨、地震、渗流等）作用下极易发生失稳破坏，对公路建设造成损失，因此在分析此深路堑边坡时，选取天然工况、开挖工况、开挖暴雨工况、开挖地震工况和开挖暴雨地震工况，在5种情况下对边坡的稳定性进行分析评价。

2.3 稳定性分析结果

采用Bishop法，通过SLOPE/W软件进行稳定性计算，各工况条件下的稳定性系数计算结果见图2-6。

边坡稳定性计算成果汇总见表3。

分析计算图和结果汇总表可知：边坡在自然条件下基本处于稳定状态。天然工况下，坡体稳定系数为3.059，斜坡处于稳定状态；边坡开挖后为1.642，仍处于稳定状态；开挖工况下，暴雨、地震对边坡稳定性影响较大。开挖暴雨工况下稳定性系数为1.219，边坡稳定。开挖地震工况下稳定性系数为1.045，边坡处于接近极限平衡的状态。但在开挖暴雨地震的极端工况下，稳定性系数则减小为0.772，边坡极可能发生整体性破坏。

3 结论

①边坡在开挖后暴雨、地震及暴雨+地震等工况下坡体稳定性大幅下降，外荷载作用对边坡稳定性影响较大。②深挖路堑属于强风化玄武岩高边坡，坡体岩石裂隙发育，开挖过程中，应防止坡体局部破坏引起的石块坠落，采用主动防护网支护。③基于极限平衡理论和Bishop法，运用SLOPE/W软件，能够求解边坡的稳定性系数，对边坡的稳定性进行评价。

参考文献：

[1]高玉峰.三维土质边坡稳定性分析方法研究现状与展望[J].河海大学学报（自然科学版），2015，9（5）：456-464.

[2]祁帅.高速公路深路堑边坡处理[J].公路交通科技，2013（7）：19-22.

[3]卢坤林.一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用[J].岩土工程学报，2013，12（12）：2276-2282.

[4]褚雪松.边坡稳定有限元强度折减法与极限平衡法对比[J].人民黄河，2011，10（10）：93-95.

[5]秦凯旭.GEO-SLOPE软件在某滑坡稳定性计算中的应用[J].灾害学，2007，6（2）：21-24.

[6]余灏.GEO-SLOPE软件在岳武高速公路高边坡稳定性计算中的应用[J].地基与基础，2014，28（2）：247-248.

[7]王军.边坡稳定性分析的广义Bishop法[J].江苏科技大学学报，2009，8（4）：297-300.