西北地区黄土边坡稳定性分析及评价

王 耀 刘慧明

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

西北地区黄土边坡稳定性分析及评价

王 耀 刘慧明

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

通过西北某高速公路黄土边坡工程地质条件研究，运用数值模拟进行计算，定量分析边坡开挖后正常及暴雨工况下边坡稳定性，判定是否满足规范要求并提出合理的防治措施，保证高速公路的建设和安全运营。

黄土，边坡，稳定性计算，定量分析，安全系数

1 概述

随着十三五计划的开始，国家大量增加西北地区基础建设项目投资。G213策克至磨憨公路乐都至化隆段(以下简称“本项目”)位于青海省海东市乐都区、化隆县境内，是规划国家高速公路网的一部分，同时也是青海东部城市群“六纵六横”对外综合运输通道中“四纵”之一“天祝—乐都—化隆”公路，即互助扎隆口—乐都碾伯镇—化隆巴燕镇—循化街子镇—同仁段线的组成部分，是海东市乐都区南部人文生态旅游片区的主要干道之一。项目建成后将极大改善沿线贫困地区交通条件，加强青海东部城市群内部的有效联系，快速发展。

项目起点位于海东市乐都区碾伯镇，终点位于预留路与循化至牙同高速公路交叉处。路线全长53.594 km，穿越地貌主要为构造剥蚀高山地貌、侵蚀剥蚀低山丘陵地貌与河流侵蚀堆积三大单元，区内黄土分布较广。

黄土具有极为发育的垂直大孔隙，同时由于本身孔隙的直立性和非水稳性特征，在受暴雨工况下，雨水极易下渗到边坡底部，导致黄土湿陷或浸润线迅速提供，地质条件变差引起滑坡。为此，采用Slide软件对黄土边坡进行正常及暴雨工况下的数值模拟分析，定量计算边坡的稳定性并提出合理的防治措施。

2 数值模拟分析原理

目前边坡稳定性定量计算的方法较多，Slide软件计算原理为Bishop法，其稳定系数表达式为：

其中，FS为稳定系数；Ci为i土条剪切面所在土层的粘聚力；li为第i块段滑动面长度,m;Wi为第i块滑动体重量;ai为i土条剪切面与ox轴正向间的夹角；φi为第i块段土的内摩擦角,(°)。

若所得条块的滑坡推力为负值时，说明自该条块以上的滑体是稳定的，并考虑其对下一条块的推力为0。

3 工点边坡稳定性分析评价

3.1 地理位置及地形地貌

拟评价边坡位于青海省乐都区瞿昙镇斜中村、斜上村境内，起止桩号为K27+220～K27+670，开挖长度450.0 m。最大开挖高度位于K27+421左侧，高约26.4 m。地貌单元属河流侵蚀堆积地貌，微地貌为山体斜坡，自然斜坡的整体坡度为10°～33°，局部斜坡坡度为21°～47°，坡度最大处达65°(局部)。坡体主要被低矮的杂草覆盖。设计为四级坡，坡率均为1∶1.00，坡高8.0 m，每级平台宽度2.0 m。

3.2 地层岩性

①黄土：褐黄色，稍湿，稍密～中密，主要成分为粉土，具湿陷性，湿陷等级为Ⅰ级(轻微)～Ⅳ级(很严重)，局部含少量卵砾石。分布于K27+390～K27+670，层厚6.20 m～12.7 m。土石等级为Ⅱ级普通土。

①1黄土：棕红色、褐黄色、灰黄色，稍湿，稍密～中密，局部含卵砾石及漂石，分布于K27+220～K27+520，层厚2.6 m～9.5 m不等，面波波速290 m/s～365 m/s。土石等级为Ⅱ级普通土。

②卵石土：杂色，中密～密实，主要成分为砂岩、花岗岩、灰岩，大于2.0 cm的颗粒含量为65%～80%，粒径一般2.0 cm～10.0 cm，局部含漂石，磨圆度一般～中等，呈次棱角状～次圆状，空隙被砂及细粒土充填，揭示厚度1.5 m～7.8 m。土石等级为Ⅲ级硬土。

③粉质粘土：棕红色、褐黄色，硬塑～坚硬，局部含卵砾石，层厚1.7 m～9.3 m不等，未揭穿，分布不均。土石等级为Ⅲ级硬土。

④卵石土：杂色，中密～密实，主要成分为砂岩、花岗岩、角闪岩，大于2.0 cm的颗粒含量为60%～80%，粒径一般2.0 cm～13.0 cm，局部含漂石，磨圆度中等，呈次圆状，空隙被砂及细粒土充填，揭示厚度4.0 m～12.5 m，未揭穿。土石等级为Ⅲ级硬土。

⑤强风化泥质砂岩：棕红色，泥质结构，层状构造，岩性极软，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状，块状，取芯率90%。揭示厚度4.2 m～4.5 m，未揭穿。土石等级为Ⅳ级软石。

3.3 计算模型参数选取

拟评价边坡主要为黄土、粉质粘土和卵石土，各岩土体的强度参数主要根据试验结合反分析和类似工程经验进行取值。由于评价区，孔隙较大，主要为竖向分布，降雨情况下，边坡难以形成稳定的地下水位。降雨工况条件下，边坡开挖后，设计高程以下4 m深度范围内的土体按照饱和考虑，强度参数进行相应的折减，见表1。

表1 边坡稳定性计算参数表

3.4 潜在滑面确定

本次潜在滑面的确定在地质调绘和综合勘察分析等定性基础上，采用定量综合确定，根据边坡地层情况和坡体结构特征及坡体表面植被情况定性确定，定量计算采用Slide软件的Bishop计算模型确定，见图1～图4。

3.5 稳定性计算结果分析

本次稳定性计算断面主要根据地形选取K27+542及K27+641两个位置进行分析。

根据稳定性计算结果，边坡主体按照1∶1.00坡率放坡后，K27+542断面坡体在正常工况下的稳定系数为1.564，降雨工况下的安全系数为1.420，均处于稳定状态；K27+641断面坡体在正常工况下的稳定系数为1.451，降雨工况下的安全系数为1.372，均处于稳定状态，见表2。

表2 边坡稳定性计算结果

综合判定该边坡开挖后在正常工况及降雨工况下均处于稳定状态。

4 边坡加固

结合边坡高度、岩土体结构及稳定性分析，边坡按照初拟设计断面放坡后，在正常工况及降雨工况下均处于稳定状态；但在暴雨或连续降雨情况下，黄土和卵石土抗冲刷能力差，易造成坡面冲刷及顺层面的局部浅层滑塌，建议对坡面采取骨架植物防护。同时应设置好防渗及排水措施，在坡顶外5 m设截水沟，在平台及坡脚设排水沟，将坡面汇水排出坡体外，并不得再影响边坡稳定范围内积水。

5 结语

通过对该边坡的稳定性分析研究得出结论如下：

1)该边坡在正常工况下，放坡后整体上处于稳定状态。

2)在降雨工况下，黄土边坡孔隙受到雨水影响，边坡稳定性系数虽有降低，但仍满足规范要求。

3)稳定性虽然满足规范要求，但暴雨或连续降雨情况下，黄土和卵石土抗冲刷能力差，易造成坡面冲刷及顺层面的局部浅层滑塌，坡面应采取骨架植物防护。

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[5] GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

StabilityanalysisandevaluationofloessslopeinNorthwestChina

WangYaoLiuHuiming

(AnhuiTrafficPlanningDesignHeadquaterCo.,Ltd,Hefei230000,China)

Research of loess slope engineering geological conditions of the highway in Northwest China, using numerical simulation to calculate the slope stability， quantitative analysis of slope stability under normal and rainstorm conditions after excavation and put forward reasonable prevention measures, ensure highway construction and safe operation.

loess, slope, stability calculation, quantitative analysis, safety factor

2017-10-04

王 耀(1983- )，男，硕士，工程师； 刘慧明(1978- )，女，硕士，高级工程师

1009-6825(2017)35-0069-02

TU441.35

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