成都市龙泉驿区某边坡参数取值研究

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(成都市勘察测绘研究院，四川成都610081)

工程边坡是道路、房屋等规划建设中常见的一种岩土工程，边坡失稳垮塌会威胁生命财产安全，学者们对边坡稳定性的关注和研究最早是从滑坡现象开始的[1-2]。边坡参数取值在边坡稳定性分析中至关重要，对边坡防护设计及造价有着决定性因素。魏斌[3]等利用工程类比的方法确定边坡合理的力学参数，并通过稳定性计算验证参数的合理性。张勤[4]等通过工程类比法选取层状裂隙岩体力学参数，得出的计算结果符合边坡实际变形特征，验证了力学参数的合理性。王学坤[5]利用测斜管对边坡进行数据监测，采用参数反演方法，对边坡土体强度进行估算。周雪亭[6]用改进BP神经网络的方法，获取边坡力学参数[7]，得出边坡稳定性系数与传统极限平衡得出的结果相对误差小于2%。另有学者根据边坡蠕变状态综合反演分析获取合理参数[8-15]。

边坡参数取值的方法很多，各有优缺点。本文将试验法、工程类比法以及参数反演法得出的力学参数进行综合分析，结合实际情况，选取合理的岩土力学参数进行边坡稳定性分析。

1 工程概况

该边坡位于四川省成都市龙泉驿区洛带镇狮子山附近。该场地整体地势为西高东低，呈上陡中缓下陡的形态，整体坡度为15°～20°，坡向为正东向。边坡地层主要为含角砾粉质黏土，强、中风化砂质泥岩。场地内含角砾粉质黏土层厚度为1.5～5.0 m，其下为基岩，基岩产状为92～105∠25°～30°，为顺层边坡。裂隙产状为30°∠80°，343°∠82°，120°∠89°，裂隙延伸小，控制性结构面为层面，见图1。

含角砾粉质黏土与基岩接触面处分布有薄层灰白色夹紫红色粉质黏土，可塑状～软塑状，遇水极易软化，力学强度(内聚力C，内摩擦角φ)较低。依据工程地质测绘及类似工程对比分析，该薄层粉质黏土可判断为现状边坡潜在滑动面一；根据地质钻探资料及调查分析，风化岩体中分布有层间错动带，延伸长度为5～10 m，主要物质成分为含有角砾粉质黏土；层面粗糙，闭合～张开0.1～0.3 cm，局部充填黏性土，层面为潜在滑动面二。工程边坡需进行直立开挖，高度为13.0 m左右，开挖后易形成不稳定工程边坡。

本工程滑动面一物理力学参数采用室内试验及工程类比法进行综合选取；滑动面二为硬性结构面与软弱结构面交错，确定滑动面二的力学参数较为困难，针对上述情况，现场进行大量工程地质测绘及调查分析，采用反分析法进行计算，并结合现有规范进行综合取值。

2 边坡力学参数取值

2.1 试验法

通过钻孔或探槽的方式将潜在滑动面处的黏土及风化岩进行采集密封，送至实验室进行制样、试验，结果见表1。

表1 参数试验结果

2.2 工程类比法

工程场地附近道路及建筑物施工开挖后出现多次浅表层工程滑坡，采用抗滑桩结合挡土墙进行治理，治理效果较好。该边坡破坏模式与场地附近工程滑坡破坏模式基本一致，边坡发生变形迹象十分相似，故对以上工程边坡进行类比分析。

《成都市医疗废物处置中心滑坡》(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司)2009年勘察报告中提供相关参数见表2。

《成都市固体废弃物卫生处置场渗滤液处理扩容工程》(四川省地质工程勘察院)(位于本工程正下方)2012年滑坡勘察报告中提供相关参数见表3。

表3 岩土物理力学指标表

2.3 参数反分析

本文主要针对厂房后岩质边坡进行反分析，根据场地工程地质测绘及调查分析，岩质边坡近5 a内未发生变形破坏。基于以上情况，本次选取“自重+暴雨”工况进行计算和分析，依据GB 50330—2013《建筑工程边坡技术规范》中公式(1)—(5)，选择3-3和4-4剖面(图2)进行计算分析。

(1)

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]·

tanφ+CL

(2)

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ

(3)

(4)

(5)

式中T——滑体单位宽度重力及其他外力引起的下滑力，kN/m3；R——滑体单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力，kN/m3；C——滑面的内聚力，kPa；φ——滑面的内摩擦角,(°)；L——滑面长度，m；G——滑体单位宽度自重，kN/m3；Gb——滑体单位宽度竖向附加荷载，kN/m3；θ——滑面倾角，(°)；U——滑面单位宽度总水压力，kN/m3；V——后缘陡倾裂隙面上的单位宽度总水压力，kN/m3；Q——滑体单位宽度水平荷载，kN/m3；hw——后缘陡倾裂隙充水高度，m。

边坡岩土主要由含角砾粉质黏土和基岩组成，以基岩为主。边坡岩体重度取值采用加权平均重度并结合工程经验，天然重度取21.0 kN/m3，饱和重度为22.0 kN/m3。根据《建筑边坡技术规范》第4.3.1条相关规定，硬性结构面C=20～50 kPa，φ=18°～27°，软弱结构面C=10～20 kPa，φ=8°～12°，本次边坡岩体滑面力学强度反分析计算取值范围C=13～17 kPa，φ=14°～19°。

从表4、5可以看出，K值随内摩擦角φ的变化较内聚力C大；因此，内摩擦角较内聚力对边坡稳定性影响大，即边坡稳定性对内摩擦角敏感度高于内聚力C。

表4 工程边坡层间结构面C、φ敏感性分析(3-3剖面)

表5 工程程边坡层间结构面C、φ敏感性分析(4-4剖面)

通过以上反分析并结合工程边坡实际变形情况，本工程边坡按Fs=1.20进行取值较为合理，考虑水对边坡力学参数有一定软化作用，结构面(硬性结构面与软弱结构面)内摩擦角φ为17°～18°，内聚力C为14～15 kPa之间较为合理。

2.4 力学参数综合选取

结合室内试验、工程类比及反分析等有关数据，潜在面一参数选取室内试验，工程类比进行综合选取；考虑水对边坡力学参数有一定软化作用，滑动面二参数选取反分析法并结合现有规范进行综合选取。力学参数取值见表6。

表6 工程边坡力学参数综合选取

3 稳定性计算分析

3.1 剖面选取

针对基覆交界处工程边坡稳定计算，边坡滑体为含角砾粉质黏土，滑床为基岩，计算选择覆盖层厚度大且后缘较陡的4-4′剖面(图3)。

3.2 Janbu法稳定性计算成果

对工程边坡稳定性计算采用简化Janbu法，计算结果见表7。

表7 工程边坡稳定性计算成果

通过稳定性计算可知，工程边坡在天然状态下处于稳定状态，与现场调查基本一致；暴雨状态处于欠稳定状态。

3.3 开挖边坡稳定性计算

根据边坡滑动特点，采用分级支挡，土层滑动主要在边坡中上部，应采用抗滑桩进行治理。开挖后形成直立顺层岩质边坡，沿层面滑动，岩层倾角取25°，按照GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》A.0.2和DZ/T 0218—2006《滑坡防治工程勘查规范》对滑坡采用平面滑动进行稳定性计算，暴雨工况按1/2充水高度计算，选取典型2-2′和5-5′剖面进行计算，计算剖面见图4，成果见表8。

剖面各计算工况稳定系数K天然状态地震+自重暴雨工况2-2′1.0731.0160.9035-5′1.1641.0150.904

开挖后边坡均处于欠稳定状态，暴雨工况均为不稳定的状态。开挖边坡均应采取防护治理措施。

3.4 三维数值模拟分析

图5为工程边坡的FLAC三维地质模型，该模型以垂直向外为X轴正方向，水平向右为Y轴正方向。为验证边坡综合参数取值的合理性，本文将表6的参数代入进行边坡开挖计算,并采用抗滑桩和锚索联合支护，最终可得Y=30、60、90、120 m处剖面的X方向位移云(图6)。

从图6可知：边坡在开挖后采用抗滑桩和锚索联合支护效果较好，位移最大值出现在Y=30 m处桩顶附近，量值在10～25 mm之间，随距桩顶距离的增加，位移量值逐渐减小。结合工程边坡位移监测布置(图7，选取部分位移量较大监测点)，图8为联合支护后，桩顶监测点的X方向位移累积。

由图8可知：实测点X方向累积位移值集中在7～25 mm之间，其中5号监测点位移值最大，达到24 mm。数值模拟计算值和监测值基本一致，进而证明边坡力学参数取值较为合理性。

4 结论

考虑到工程力学参数求解方法各自的不合理性，本文将试验法、工程类比法以及参数反分析法获取的参数进行对比分析，再结合实际工程地质条件，得出研究区域边坡综合力学参数，通过对边坡稳定性计算及后期运行效果，得出以下结论。

a) 室内试验单一且离散较大时，可采用室内试验结合工程类比法综合取值，能较为合理选取岩土力学参数。

b) 边坡顺层滑动，硬性结构面与软弱结构面相间，较准确、合理取值难度大，可通过工程反分析并结合规范等进行合理选取岩土力学参数。

c) 本工程边坡岩土力学参数取值较为困难，现场取值试验结果具有一定离散性，应采用多种方法进行综合分析；根据计算、模拟及监测结果，参数取值结果符合实际情况。

d) 现状工程边坡为稳定较好，开挖后边坡处于欠稳定状态，暴雨工况下边坡失稳，工程中应对此类边坡引起重视。