基于M-P法某桥梁边坡稳定性分析

李 明 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

桥梁桥墩桥台边坡稳定性问题一直是影响桥梁安全的关键问题，也是岩土工程领域的热点问题。极限平衡法是岩土工程中最广泛采用的稳定性分析方法，当对均质坡稳定性分析时，常假设潜在滑动面为圆弧状，一般用瑞典法[1]或简化Bishop法[2]计算。然而，实际边坡破坏面的形状与圆弧形状相差甚远。基于任意形状滑面的稳定计算方法也有多种，其中Morgenstern-Price法[3]应用最为广泛；但采用迭代方法计算安全系数Fs和比例系数λ时过程非常复杂，较难掌握。本文基于国内朱大勇教授[4]改进的M-P法对某桥梁桥墩桥台边坡稳定性进行分析，并给出初步建议。

2 工程概况

拟建某桥梁的左线中心桩号为ZK28+460，设计桥孔和跨径（孔×m）为（2×40+30）+（2×40+30）m；右线中心桩号为K28+473，设计桥孔和跨径（孔×m）为 3×40+（30+2×40+30）m，上部结构均为预制T梁。

根据地质勘察资料，桥位区属中山地貌，地形起伏较大，桥区范围内中线地面高程1302m～1358m，最大相对高差56m。桥墩所在的边坡坡度较陡，为可能触发原有岩堆边坡失稳，急需采用合理的计算方法对桥墩、桥台边坡的稳定性进行评价。

3 严格Morgerstern-Price法（简称M-P法）

Morgenstern-Price法[3]已成为国际通用的一般形状滑动面严格极限平衡条分法，国内学者朱大勇教授[4]改进Morgenstern-Price法，建立非常简单实用的计算迭代格式。本文采用朱大勇等学者提出的严格M-P法对岩质边坡进行稳定性分析，具体如下。

图1(a)和图1(b)分别表示任意形状滑面的边坡和滑体划分垂直条块示意图。如图1(a)所示，边坡滑体作用荷载主要是自重、面荷载、地震及水压力。如图1(b)所示，其高度为 hi、宽度为 bi、底面倾角为i。

考察第i个条块的力和力矩平衡。端部条件：E0＝0;E=n0。得：

对条块基底中心取力矩：

解出比例系数λ

根据式（1）和（3），采用迭代计算方法，计算出边坡稳定性系数。

4 典型断面的稳定性分析

图1 滑体与典型条块示意图

本文选取冲沟两岸斜坡三个断面进行稳定性分析，分别为K28+500～530、K28+540～570和ZK28+430三个断面；其中断面1、断面2的坡度约35。～48。；断面3的坡度约55。。

4.1 定性评价

依据《铁路工程地质手册》[5]并结合勘察报告，桥梁的桥墩桥台周围岩土体较易产生滑动，且桥梁所在区域的岩堆边坡基本处于25°～35°。根据地质勘察报告和现场调查，归纳总结岩堆体的基本物理力学性质，见表1所示。

由表1可见，断面1、断面2处于稳定～基本稳定状态，断面3处于临滑状态。

4.2 二维严格极限平衡分析

①岩土物理力学参数反演计算

根据《公路工程地质勘察规范》[6]，反算处于不同状态下滑坡的岩土体力学强度参数时，安全系数取值见表2所示。表3为岩土体物理力学参数反演值。

②稳定性计算

共考虑3种工况：天然、饱水（暴雨）和考虑地震作用下的饱水（暴雨）。其中地震力依据《公路工程抗震设计规范》[7]

岩堆体的基本物理力学性质 表1

中的3.1.3条计算。计算结果见表4所示。

不同状态下滑坡反演计算岩土力学参数的安全系数取值表 表2

由表4可见，在三种工况下，ZK28+430岩堆边坡分别处于稳定，基本稳定和临滑状态；K28+500～530和K28+540～570岩堆边坡稳定状态。

4.4 计算结果与勘查报告建议结果的比较

①反演参数与勘查报告建议值比较

设计强度参数反演值与勘查报告建议值的比较见表5所示。由表5可见，岩堆参数的反演值高于勘察报告建议值。其中粘聚力的数值提高了约300%，其原因在于反演分析并未涉及到强风化层及以下地层，故对强风化层及其以下地层的相关参数仅供稳定性评价参考，不作为其它相关设计的参数依据。

②安全系数与勘查报告建议值比较

表6比较了理论计算值与勘查资料建议值。可见采用M-P法计算边坡稳定性安全系数有了一定的提高，幅度约40%。

5 小结与建议

①在三种工况下，断面ZK28+430的岩堆边坡分别处于稳定，基本稳定和临滑状态而断面 K28+500～530和K28+540～570的岩堆边坡稳定状态。

②对于该区段不能达到规范稳定要求的岩堆边坡，建议采用必要的加固手段，确保岩堆边坡达到工程许可安全系数。

③桥台或桥墩的施工扰动对边坡稳定是有影响的，不宜采用湿作法施工桩基和承台，建议采用高桩承台，减小对原有边坡的扰动，对于必要的开挖，应及时予以加固，可采用框格预应力锚索加固，防止发生局部失稳，同时注意边开挖边加固的施工工序。

岩土体物理力学参数反演值 表3

稳定性计算结果 表4

设计强度参数反演值与勘查报告建议值的比较 表5

岩堆边坡稳定性计算结果的比较 表6

④加强地表水的截、排措施，减小地表水的下渗。