某库区公路边坡加固稳定性及可靠度分析

李生晖 代朝科 张炯明

（1、青海经纬水利水电设计有限公司，青海 西宁810001 2、西宁市大通回族土族自治县水利局，青海 西宁 810100)

1 概述

随着公路建设的快速实施，在库区产生了大量路堑边坡，且沿线库区公路地质条件复杂，地形变化较大。库区水位的升高会造成边坡地下水位升高，使松散堆积土体和软弱岩体岸坡段的库岸极易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。目前对于边坡稳定性分析研究主要采用理论分析和数值模拟等手段。曾亚武等[1]对边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合进行了探讨。稳定性较差的边坡容易发生破坏，造成滑坡和崩塌等灾害事故，需要提前进行加固处理。基于此，大量学者开展了边坡破坏机理和加固措施研究：王聪聪等[2]、罗根传等[3]、通过数值模拟方法，建立边坡分析模型，探讨了抗滑桩在边坡中的加固效果，分析了边坡的变形破坏机制和整体稳定性；本文结合工程实际，对某库区公路边坡提出了相关边坡加固方案，并对加固后的边坡进行了稳定性验算及加固可靠度分析。

2 工程概况及稳定性分析

2.1 工程概况

该段库岸边坡地形地貌上总体为东、西侧为砂岩、粉砂质页岩构成的凸起的山脊，中间向北向倾斜，地形稍缓呈槽状。该段库岸为岩土组合岸坡，岸坡坡体主要为碎块石土，土石比约为1：1，滑移面附近粘粒含量较高，土石比可达1.5：1，主要为崩坡积物。边坡产生滑移后的地形地貌如图1 所示。

图1 边坡滑移破坏图

2.2 稳定性分析

该段库岸坍塌治理工程的研究对象主要为岸坡坡体的覆盖层碎块石土，计算中选取典型剖面进行分析，剖面如图2 所示。根据相关资料和类比相关工程经验，该段塌岸边坡稳定计算参数建议值见表1。

表1 边坡稳定计算参数建议值表

图2 地质剖面图

基于极限平衡理论对地质剖面覆盖层的参数进行反演，用GeoStudio 软件对结果绘制出K-c 关系曲线，通过计算关系曲线与其相对应的安全系数的交点，可以得出临界情况下（K=1.05）不同φ 值情况下所对应的c 值，找出最危险情况下覆盖层的参数c=25kPa、φ=14.7°。使用GeoStudio 软件，采用极限平衡法理论计算最危险情况下安全系数，取规范中相应工况中安全系数下限值进行比较，该边坡剖面各工况计算得出的安全系数较低，在天然工况下安全系数1.05＜1.15、暴雨工况下安全系数0.846＜1.05、地震工况下安全系数0.962＜1.05，说明该边坡存在局部欠稳定现象。

3 加固方案及其稳定性验算

根据该段库岸的地质结构和塌岸型式，该库岸段应采用抗滑桩作为防护措施[4-5]。抗滑桩能够提供较大的侧向阻力，支挡滑体的滑动力从而整治变形体的稳定性起到稳定边坡的作用。同时抗滑桩施工工程期短、效果显著、消耗资源不多。因此，初步设定在180m 高程位置设置抗滑桩，抗滑桩共计设置9 根。在边坡中间布置5 根长度为14m的抗滑桩，两侧分别均匀布置2根长度为13m的抗滑桩，布置方向垂直于地质剖面中危险滑带的滑床。抗滑桩截面尺寸都为2m×3m，桩中心间距4 米，桩长度为14m、13m 两种，桩嵌固段长度要大于或等于桩长的1/3。使用GeoStudio 软件计算出设置抗滑桩后自动搜索滑带的安全系数和指定滑带的安全系数，具体结果如图3 所示。

图3 不同工况下剖面安全系数计算结果图

地质剖面经过布置抗滑桩后，利用GeoStudio 软件得出的安全系数远远大于1.15，设置抗滑桩后，剖面坡体的整体稳定性得到了明显的提升，在天然工况、暴雨工况和地震工况下，安全系数均满足了设计要求并且有一定的富余，即有了一定的安全储备，因此这种滑坡治理建议是可行的。

4 加固方案可靠度分析

从对地质剖面滑带安全系数的计算结果可以看出，该边坡在打抗滑桩加固后，稳定性达到了规范的要求。为了进一步确定最优方案，对该支护方式的可靠度进行分析。使用GeoStudio软件，对剖面布置抗滑桩后的极限平衡状态进行模拟，并对加固方案的可靠度进行分析，可靠度分析结果如表2 所示。

表2 可靠度分析结果

由表2 可知，三种工况在滑移体进行抗滑桩支护后，可靠度指标达到要求，边坡达到稳定状态。故在三种工况下，采用抗滑桩的支护方案可以有效提高边坡的稳定性。

5 结论

运用极限平衡法对该边坡稳定性进行分析，发现该边坡处于不稳定状态，威胁到库区公路和建筑的安全及居民的生命财产安全，急需进行治理。参考同地区类似工程治理措施，综合考虑周边环境，在“安全可靠，技术先进，经济合理，施工方便”的原则下，力求经济。采用设置抗滑桩加固治理措施，通过对边坡治理方案设计进行分析，并进行稳定性验算及可靠度分析，计算结果均满足规范及设计要求。边坡变形整体由加固前的20cm减小至10cm 以内，变形得到了有效控制。