公路建设项目高边坡支护模拟仿真与方案优化

刘平红

摘 要：以道路工程为背景，对边坡稳定性进行模拟仿真，并运用离散元法进行数值分析，最后提出边坡支护的两套方案。希望通过文章的分析，为相关从业人员提供借鉴和参考。

关键词：边坡；支护；优化

中图分类号：U416.1+4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0131-02

Abstract： Taking the road engineering as the background， the slope stability is simulated， and the numerical analysis is carried out by using the discrete element method. Finally， two sets of slope support schemes are put forward， in the hope of providing reference for the relevant professionals through the analysis of the article.

Keywords： slope； support； optimization

公路建设项目高坡体由于受到节理面、差异性风化、降雨等因素的综合作用，边坡的中上部岩体出现了失稳掉块的现象。而随着风化程度的进一步加强，以及连续暴雨的不断侵蚀，最终可能会导致坡体的整体垮塌。迫于这种趋势，迫切需要对边坡的稳定性开展分析研究，为边坡的支护设计提供依据。

1 边坡概况

本文以某省道公路K1+255-K1+677段岩质高边坡作为工程实例段进行边坡的稳定性分析研究。该边坡所在地段属丘陵峡谷型地貌，路线方向北偏东，该段高边坡长235m，分两部分，中间夹一小冲沟，边坡下部几乎直立，高约40-50m，坡比1：1.65，上部坡角稍缓，边坡总高约50-60m，由砂岩组成，泥岩夹层少而薄，岩石整体性较好。该类型边坡以砂岩为主，砂岩呈厚层状、巨厚层状，层厚一般大于10m，软弱夹层为页岩、泥岩，共3-4层，厚0.5-3.5m，上覆黄土层。

2 边坡稳定性模拟仿真

2.1 模型建立

根据现场的实际情况以及现有资料，选取有代表性的第五段边坡剖面5-1剖面进行计算。第五段边坡有很好的连续性，岩层由砂岩、页岩组成，其中砂岩较厚、页岩较薄且软，坡长为400m，坡高为115m。边坡内节理分为两种：一产状130°∠80°，其走势陡峭且倾向坡外，二产状220°∠81°，其走势近似垂直边坡。

图1为边坡的赤平投影，从图可知，控制边坡的主要因素为节理面和岩层层面。因此，计算时主要考虑缓倾坡外的层面和裂隙。分别在坡顶、坡体、坡底设置监测点，对施工中坡体的变形情况进行监测。具体计算如图2所示。

2.2 结果分析

计算时应考虑施工时不同工况，图天然、饱和工况以及饱和分化工况。具体以坡面5-1计算为例。

由图3、图4可知，边坡在天然工况下，稳定性系数为1.89时处于稳定，在饱和工况下，稳定性系数为1.4时处于稳定。在两种工况下边坡最大位移量分别为：7.33cm、7.68cm，说明在两种工况下边坡的形变很小。从放大的位移矢量图可看出，形变的方向指向坡面临空一面，而坡脚则指向上，说明变形均由卸载回弹力造成。故在这两种工况下，变形主要以卸荷回弹变形为主，边坡为发生失稳现象，稳定性良好。

从各测点的变形的来看，变形曲线处于收敛状态，这也可以說明边坡在这两种工况下处于稳定，即边坡稳定性良好。

通过数值分析可得，在天然和饱和两种工况下，边坡剪应力主要在坡脚，坡体完整，边坡稳定，边坡形变量主要是由卸荷回弹力造成。随着时间的变化，岩体会被逐渐风化，则其强度也会随之降低，最终坡体会遭到破坏，边坡处于不稳定状态，此状态下为饱和风化工况，边坡有明显形变破坏现象，边坡最大形变主要发生于边坡中部以上岩体。

3 边坡支护方案优化

本文共提出两套设计方案，具体的方案如下：

3.1 方案一：清理滚石、危岩+刷方卸载+挂网喷混+被动防护网+主动防护网+排水工程

（1）清理滚石、危岩：清理岩体上的危岩、碎石及孤石。危岩分为1、9、12三种，分别清理750、8.3、122立方米，清理碎石50立方米。共清理石方930.3立方米。

（2）刷方卸载：对边坡的A、B区进行刷方卸载，并据地形进行放坡。A、B边坡均分两阶平台，和三级边坡，其中一二级坡高均为10m，三级坡高分别为4m、10m，坡比均为1：0.5，每个台阶均为2m宽。对A、B区进行石方清理，分别清理6069.38m3、11400m3，另外还需进行爆破。加上爆破清理石方，共清理石方17469.38m3。

（3）挂网喷混：清理刷方工作完成后，对A、B区的一二级边坡进行挂网，然后喷射混凝土进行防护，其中A区防护区域为2241平方米，其中挂网长124.50m，宽18m。B区防护区为3781.66平方米，挂网长为124.5m、宽为18m。

（4）主动防护网：对边坡下部C区采用主动防护网防护，防护区域5197.1m2。

（5）排水采用断面为50cm×50cm的水沟，砌筑材料砂浆采用M7.5，抹面采用M10水泥砂浆，抗压强度不小于30MPa的块石。水流由水沟排至排水系统。

3.2 方案二：清理滚石、危岩+挂网喷混+主动防护网+被动防护网+排水工程

（1）清理滚石、危岩：同一方案，清理边坡上的危岩、孤石、碎石。

（2）挂网喷混：对不稳定区域进行挂网喷砼，防护区域为8475m2。

（3）主动防护网：用主动挂网防护对A、B区域进行防护，防护区域分别为3416m2，5197.1m2。

（4）被动防护网：分别在边坡的A、B区域的下部位置采用被动防护网进行防护，其挂网分别长142m、167m，高均为4m，面积分别为568m2、668m2。在边坡下部C区域的上部位置挂被动防护网进行防护，长为216m，高4m，面积为864m2。被动网防护总面积为2100m2。

（5）排水系统设计：同方案一，分别在A、B区域设置排水沟，其材料规格均同方案一，总长度为300m。可使边坡上部水流有效流入排水系统。

参考文献：

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