浅谈贺州某边坡工程稳定性分析与治理设计

张飙汪旭

(中国建筑材料工业地质勘查中心广西总队，广西 桂林 541002）

随着社会发展，经济飞速增长，越来越多的老百姓开始分户自建房屋，农村宅基地不足，切坡建房的现象日益增加，从而引出诸多边坡问题，如坡体滑塌、崩塌、滑坡等。边坡是由人工或自然形成具有一定高差的坡体[2]；坡体内岩土体始终受重力作用，当坡体沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动或者高速急剧运动，会对边坡周边建筑物及设施造成危害。为防止边坡的危害发生，就需要对边坡稳定性进行研究评价，处于非稳定状态的边坡体需要进行相关措施治理。因此，边坡的稳定性评价和治理措施的研究始终是学术和工程界的重要课题。

1 传递系数法计算原理

最开始的边坡稳定性研究，主要依靠土力学和条件假设进行破坏理论研究，由于模型不能反映土体本身的变形特征；随后分析模型开始建立在刚塑性体上进行分析，逐渐发展出了极限平衡理论。潜在滑动带位于土岩附近，滑床为岩石，形成的滑动面呈折线形。由于传递系数法容易使用且精度满足工程要求[3]，故在工程领域得到广泛使用，分析计算模型如图1所示。

图1 传递系数法模型图

图1 中，在滑体中选取第i块土条，土条所受重力Wi，水平力Qi，上部土条块第i-1块土条传来的推力Pi-1，推力方向平行于第i-1块土条底滑动面向下，第i块土条传递给第i+1块土条的推力为Pi（剩余推力），其方向平行于第i块土条底滑动面向下；归纳总结为每一土条分界处的下滑推力平行于上侧相邻土条的底滑动面，下滑推力的作用位置在分界线的中点。将作用力分别投影到其对应的底滑动面上有：

静力平衡方程有：下滑力Ti-抗滑力Ri-剩余推力Pi=0，即:

则第i块土块的剩余推力为：

式中Wi-第i块土条自重（kN）；

Qi-第i块土条承受外部水平力（kN），如地震、上层红黏土水平膨胀等；

φi-第i块土条滑动面处土体的内摩擦角（°）；

ci-第i块土条滑动面处土体的黏聚力（kPa）；

ui-第i块土条底部渗透水压力（kPa），ui=γwihi；

li-第i块土条滑动面直线长度（m）；

αi-第i块土条滑动面的倾角（°）。

其中，某土条剩余下滑力Pi＜0时，取Pi=0；由于土体没有抗拉强度，所以计算坡体推力时不能累加负值的剩余推力。

通过上述步骤得到坡体的推力数值，就可以对坡体做治理方案设计。接下来通过实际工程案例进行详细介绍。

2 工程概况

某边坡段（图2）宽约61m，总体坡面倾向约280°，高差15.4m～19.1m，坡脚陡峭临空面高4m～6m，切坡坡度约75°，坡脚有岩面出露。临空面以上为自然边坡，坡度约52°。临空面距现状房屋约0.8m～1.2m，缓冲区严重不足，边坡表面目前已无任何防护措施，潜在滑体宽约61m，斜长约20m，土层厚度约0.3m～2.5m，平均厚度1.2m，坡体体积约1464m3。边坡潜在威胁6户31人。根据《规范》[4-5]确定，边坡工程的安全等级为三级，防治工程等级为Ⅲ级。

图2 边坡现状平面图

3 工程地质条件

根据野外调查和区域地质资料，边坡点附近出露地层由第四系残坡积层（Q4el+dl）、寒武系水口群上亚群下组（∈sh11）组成。

3.1 第四系残坡积层（Q 4el+d）l

根据边坡点开挖边坡及周边揭露，第四系残坡积层为粉质黏土，呈棕褐色，稍湿、可塑～硬塑状；土体断面较粗糙，揉捏具砂感，无光泽反应，韧性中等、干强度中等，夹有粉砂岩碎块，含量约25%。土层厚薄不均，厚度0.3m～2.5m，平均厚度约1.2m，该层基本覆盖于基岩之上。

3.2 寒武系水口群下亚群下组（∈sh11）

根据边坡揭露及区域地质资料，场地出露的岩性主要为砂岩，岩层产状356°∠80°，砂岩按照风化程度的差别可以分为全风化粉砂岩和强风化粉砂岩。

3.2.1 全风化砂岩

土黄色～棕褐色，原岩结构基本被破坏，近似土状，有砂感，偶然节理裂隙面有铁质浸染，岩石破碎，硬度低，切坡建房的临空面上部坡面处有所揭露，并多被小灌木、苔藓等遮盖，伏于第四系土层之下，厚度约0.5m～3.0m。

3.2.2 强风化砂岩

土黄色～棕褐色，砂质结构，中厚层构造，部分原岩结构被破坏，主要成分为石英（40%～55%）、长石（20%～35%），含少量云母（5%～8%），节理裂隙主要由泥质胶结填充，岩石节理裂隙发育，节理面有铁质浸染现象，岩石较破碎，硬度适中，锤击易碎，可用手掰断部分岩石。边坡点两侧坡体中下部有所揭露，屋后临空面有所揭露，伏于全风化层之下。

由于坡体已出现变形迹象，可根据粉质黏土室内试验的直剪情况，选取剖面2-2'进行反演计算，通过分析以φ值反算c值更复合实际情况，按《规范》[5]公式进行参数反演计算。参考规范要求和前人的研究成果[6]，天然状态下坡体处于基本稳定状态，选取反算的稳定系数取1.14，暴雨状态下为欠稳定状态，选取反算的稳定系数取1.02。通过反算结果并结合工程经验，确定各层岩土体参数见表1。

表1 场地地层物理力学性质指标取值

4 工程水文地质条件及评价

边坡及周边地下水主要为松散岩类孔隙水（第四系冲洪积层中的孔隙水）及碎屑岩裂隙水。孔隙水主要赋存于寒武系水口群上亚群下组（∈sh31）粉砂岩的岩层构造裂隙、风化裂隙中，水量分布不均匀，多具季节性特点，补给源为大气降水好上部孔隙水下渗补给，以溪流、低洼处为排泄基准面，在地形切割出以散流或泉涌的形式排出，排泄方向自东向西汇入桂江。走访得知边坡地下水稳定水位埋深与桂江水面基本齐平，远低于场地设施底面，地下水位埋藏深，地下水对施工无影响。

由于项目区降雨量较大，斜坡前缘临空面长时间处于裸露状态，前缘坡面强风化砂岩受植物根系作用开裂，降水加大裂缝开裂程度；边坡下部临空面顶残积土层、全风化砂岩，遇水易软化。因此，大气降水下渗坡体导致土体容重增加的同时使其抗剪强度降低，形成相对软弱面，坡体在暴雨条件和坡体前缘坡度较陡、临空条件较好的情况下，易产生失稳滑动、崩塌。

5 边坡稳定性评价和推力计算

本工程边坡，取单位米宽坡体，结合边坡剖面图采用极限平衡理论的折线型滑动面的传递系数法对边坡进行稳定性评价及剩余下滑力计算。工况Ⅰ：考虑坡体处于天然状态，荷载为坡体天然自重；工况Ⅱ：暴雨或连续降雨情况，考虑坡体处于饱水状态，荷载为坡体饱和自重。滑坡体分块原则：本工程滑动面为折线，每两段折线倾角相差不大时可合并为一条折线，同时参照地面建筑物、拟建建筑物的位置进行划分。稳定性系数和剩余推力见表2。

表2 各剖面稳定性评价及剩余推力

通过对边坡采用折线滑动计算可看出，该坡体在暴雨状态下仍处于稳定～欠稳定状态；现状坡体后缘土体松散，坡顶以上茶园有耕种扰动，坡体前缘因切坡形成的陡坎临空面未做防护，在降雨以及人工活动等因素作用下，坡体易发生滑动。

6 防治措施设计

由于边坡坡体本身稳定状态良好，根据前文得知剩余推力较小，且场地空间较充足，可考虑采用柔性支护结构，本工程坡面采用锚杆格构梁、坡脚临空面采用挂网锚喷混凝土作为主要受力结构进行支护治理。锚杆格构梁和挂网锚喷混凝土的工艺技术成熟且施工快捷，安全可靠；相对于抗滑桩、挡墙等刚性支护结构，当出现大的坡体变形，锚杆格构梁和挂网锚喷砼仍有防止坡体失稳的能力，同时有明显的变形特征，起到预警作用。坡面格构梁的梁格内可种草复绿，植物根系还能加强表层土体的整体性能，是一种较为生态的治理措施，见图3。

图3 设计治理图

通过上述设计，再辅以排水系统、绿化工程、监测工程，力求该边坡做到生态治理，环保治理，保护群众人身、财产安全的同时还保护自然环境。

7 结语

回顾本项目，在边坡工程中，需根据地质勘查结果选择合理的滑面形状进行稳定性分析计算，结合场地情况、施工条件等因素进行工程设计，建议在空间条件满足的情况下，优先选择柔性支护结构，生态的治理措施，加以工程监测，最大限度减小不利因素的危害，进一步保证坡脚住户安全。本文为边坡稳定性分析及治理措施的应用提供了实践经验及参考依据。