降雨对边坡稳定性的影响分析

钟 宇 李 果

(1.贵阳市交通委员会 贵阳 550081;2.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

引言

随着交通行业的大力发展，公路沿线不可避免地会出现高填深挖现象，其中路堑高边坡为影响公路安全的最主要因素之一。我们在对边坡的危险性进行分析研究的时候，一般会经历风险源的识别、主(次)要影响因素的评估、解决潜在不安全隐患几个步骤。

刘保国等[1]利用模糊网络分析方法建立了山区隧道风险因素的评价体系，并利用专家分析法建立关系矩阵，对影响路堑边坡安全的单因素进行分析；唐栋等[2]采用均质土进行试验研究，在保证土体渗透系数不变的前提下改变降雨强度，分析边坡体的稳定性变化规律；姚海林等[3]通过对存在裂隙的边坡体进行研究发现：裂隙的存在会改变岩土体内部的孔隙水压力，进而改变边坡的受力状态，危及边坡的安全。本文对遵义市内某公路边坡进行风险识别研究，并找出主控因素，从而尽可能地减小主控因素的影响，保障边坡的后续运营安全。

1 工程实例分析

1.1 工程概况

该项目位于遵义市某高速公路收费站距离500m左右的匝道路堑边坡，区内属于亚热带季风气候，年最高气温达39℃，年平均气温为15℃，降雨较为集中，分布于每年的5到10月，该路堑高边坡原始坡面角度大致处于10°到250°之间，岩层产状为123°∠19°，坡面倾角为123°∠30°，边坡的原始设计为1∶1.5的放坡方案，并增设2m平台台阶，放坡高度达到60多米，在开挖的过程中，由于卸荷使得应力重新分布，边坡后缘出现张拉裂隙，危及公路的正常使用安全，需加强边坡的防护治理，最终增设锚索以及框架植草进行防护。区内的岩土性质主要为奥陶系十字铺组的泥岩夹泥质灰岩，岩体风化程度严重，在暴晒和夏雨交替作用下容易产生岩体的崩解和掉块，需加强防范，如图1所示。

图1 边坡开挖情况示意图

1.2 工程风险性判别

本文通过专家调查法对边坡的安定性进行风险性评估，根据不同的环境以及施工措施因素等进行了分值权重排序，具体分值计算见表1。

表1 风险识别得分表

根据五个专家经验分析得到边坡的风险等级为III级，并对各项影响条件进行分析打分得到边坡危险程度适中。

1.3 影响因素分析研究

1.3.1 岩体参数的确定与分析

通过对施工区内的泥岩进行钻芯、取样试验，得到岩土力学性质见表2。

表2 泥岩力学性质表

在对顺层边坡的治理过程中，现场取样试验数据只能说明天然状态下的结构面参数，不能得到暴雨情况下边坡处于临界状态的饱和强度，因此对边坡进行了反参数分析(选取两个相近断面，分别用暴雨和天然工况的岩土参数，并使用安全系数为1时对应的参数作为暴雨和天然工况的参数)，参数如表3所示。

表3 岩层面抗剪强度反算值

1.3.2 降雨对边坡稳定的分析研究

对工程案例的边坡进行基于GeoStudio的实际建模分析，并设置为期两天的降雨观察，分析比对不同降雨强度和降雨时间情况下边坡的稳定性，降雨强度和时间见表4。

表4 降雨强度时刻表

(1)降雨时间对边坡稳定性影响

对各降雨工况下，每12h计算一次安全系数，鉴于各种工况计算类似，本文选取降雨强度为950mm/d的工况作为典型工况进行计算结果展示，见图2-图5。

图3 安全系数与降雨时间关系(950mm/d)降雨24h

图4 安全系数与降雨时间关系(950mm/d)降雨36h

图5 安全系数与降雨时间关系(950mm/d)降雨48h

通过计算可知，原始边坡在相同降雨强度的作用下，随着降雨时间的增加，边坡的安全系数由降雨12h的0.67到48h的0.52，安全系数呈现明显的递减趋势。

(2)降雨强度对边坡稳定性影响

由上可知：在相同降雨强度的作用下，安全系数随着降雨时间的增加而减小，因此只需对降雨时间为48h的安全系数进行比较，从而确定降雨强度与边坡安全性关系，见表5。

表5 安全系数与降雨强度关系

由表5可知，安全系数随着降雨强度的增加大致呈现递减的趋势，但当降雨强度小于100mm/d(即暴雨工况，各降雨强度对应关系见表6)的情况下，安全系数随着降雨强度的增加安全系数降低较小，当降雨强度大于100mm/d时，降雨强度下降较快。

表6 各降雨强度关系对应表

(3)降雨持续时间对边坡稳定性影响

表7 相同降雨量情况下安全系数关系对应表

选取降雨强度为50mm/d时间为48h和降雨强度为100mm/d降雨时间为24h的安全系数进行分析对比发现，相同降雨量情况下，安全系数随着降雨强度的增大而减小，因此对于实际工程项目施工，需要注意施工季节的选择，尽量选在雨量较少的时节施工，实在不可避免下雨施工情况下，尽量选择在中雨甚至小雨情况下施工，尽量避开大雨、暴雨等天气。

2 结语

(1)在边坡安全等级的评估中应重点把握边坡的原始形态、产状，以及软弱结构面的影响，对于可能存在的自然次生灾害和支护形式也要着重考虑。

(2)边坡安全系数受到降雨的影响较大：相同降雨强度情况下，边坡的安全系数随着降雨时间的增加而减小；相同降雨时间的情况下，边坡安全系数随着降雨强度的增加而减小；当相同降雨量的情况下，安全性系数主要受到降雨强度的影响，降雨持续时间的影响相对较小。