公路边坡的稳定性分析及危险性评价

左安彩

(中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500)

1 工程概况

1.1 工程基本信息

某边坡隶属城市主干路，设计车速60 km/h，工点里程范围K2+610～K2+710，边坡最大高度38 m，主要为强化风～中风化泥岩，产状近水平。

在该边坡设计方面，原设计为1∶0.75正常放坡，后因征地困难，将支护设计改为四级防护，其中，一级边坡坡率设计为1∶0.3，并采用锚杆框架梁对一级边坡防护；二、三级边坡采用1∶1坡率，四级边坡采用1∶1.25坡率，均采用TBS防护。每级边坡设置2 m宽平台，设置坡顶截水沟和平台截水沟减少坡面冲刷。

该边坡于2021年4月开挖成型，2021年9月尚未开始施做锚杆框架梁防护工程，使得其暴露约5个月，期间未做任何防护措施，导致坡面风化剥落严重。

1.2 工程地质条件

(1)地形地貌

边坡所处地貌单元为构造剥蚀地貌，且微地貌属丘陵地貌；据勘察成果，边坡区勘察孔高程间于351.22～400.30 m，高差49.08 m，起伏相对较大。

区内斜坡整体地势下陡上缓特征，下部坡度约45°～50°，中部(边坡区)坡度约20°～30°，上部坡度约10°～15°。

(2)地质构造

结合区域地质资料，边坡区未发现断层及活动性大断裂通过，地质构造简单。

总体来说，区内断裂构造和地震活动较弱，历史上未发生过强烈地震，属构造稳定区。

(3)地层岩性

据钻探成果，边坡区土层主要以第四系残坡积层为主，下覆基岩为侏罗系上统遂宁组。

(4)水文地质条件

根据现场调查，边坡周边地表水不发育，多以鱼塘、水田为主，对边坡施工或稳定性的影响有限。

地下水主要为上层滞水和裂隙水，前者主要赋存于粉质黏土层的孔隙中，依靠大气降雨补给，水量不大；后者主要赋存于基岩裂隙中，用水量一般较少，赋存于节理破碎带。

(5)地震

项目区抗震设防烈度6°，设计地震分组为第一组；结合工程场地类别为Ⅱ类，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，特征周期值为0.35 s。

2 边坡稳定性分析

2.1 稳定性的定性评价

该边坡于2021年4月开挖成型，2021年9月尚未开始施做锚杆框架梁防护工程。由于该边坡基岩岩性主要为泥岩，其抗风化能力较弱，加之从开挖至今使得其暴露约5个月，致使坡面风化，且局部剥落严重，岩土体存在失稳。

2.2 稳定性的定量评价

结合勘察成果，边坡基岩主要是泥岩，风化程度主要为强～中风化，结合试验成果，强风化基岩的天然重度为22.3 kN/m3，饱和重度为24.5 kN/m3；中风化基岩的天然重度为24.0 kN/m3，饱和重度为25.0 kN/m3。稳定性计算所需结构面参数统计如表1所示。

根据边坡特征及其可能出现的各种荷载情况及组合，计算中主要考虑降雨、地震等，本次选定如下三种工况，计算边坡稳定性，具体工况组合如下。

表1 边坡稳定性计算参数

工况1：天然工况

工况2：暴雨工况

工况3：地震工况

最后，边坡稳定性计算结果表2所示。据表2，该边坡在3种工况条件下，整体均处于不稳定状态。

表2 边坡稳定性计算结果

2.3 稳定性的综合评价

结合前述边坡稳定性定性评价及定量评价结果，得该边坡整体均处于不稳定状态，若不及时采取加固措施，存在局部失稳风险。

3 边坡危险性评价

3.1 危险性评价模型的构建

结合相关文献[8-9]的研究成果，提出利用P×C分级法构建边坡危险性评价模型，其思路是先利用层次分析法构建评价体系，再利用模糊理论及1～9标度法计算隶属度和权重值， 以评价边坡稳定性。

(1)滑坡危险性现状评价体系的构建

边坡危险性影响因素相对较多，以“边坡危险性评价体系”为目标层，通过层次分析法构建后续评价结构，且结合以往经验，将后续体系划分为2级结构，即一级评价指标和二级评价指标。具体可知，一级指标共计6个，二级指标共计14个。

(2)危险性评价指标的权值求解

首先，利用1～9标度法构建不同评价指标间的判断矩阵，并计算其最大特征值λmax及其对应的特征向量b，再以其λmax值计算CR值

(2)

式中：n为评价指标数；RI为误差控制值。

CR值小于0.1时，说明判断矩阵构造合理；反之，需更改判断矩阵，直至满足要求。

当满足矩阵构造前提下，对特征向量b进行归一化处理，所得值即为对应指标的权值。

(3)危险性评价指标的隶属度求解

考虑到模糊理论中的专家法具有操作简单、可信度高等优点，因此，提出利用其确定各危险性评价指标的隶属度。

(4)危险性评价标准

以各危险性评价指标的权值和隶属度为基础，通过P×C分级实现危险性得分求解，且结合文献[8]经验，危险性等级共计划分为四级，具体划分标准及决策如表3所示。

表3 边坡危险性分级及决策

3.2 危险性评价结果分析

首先，以1～9标度法求得不同评价指标的权值，并邀请20个专家进行隶属度打分；经统计得到各评价指标的权值及隶属度结果如表4和表5所示。

其次，结合表3中的危险分及表5中的隶属度结果，计算得到二级指标的危险性计算结果如表6所示。由表6可知，二级指标的危险性得分范围为：59.53～82.20，分布范围相对较大。按危险性得分进行分级，得Ⅱ级指标有1个，所占比例为7.14%；Ⅲ级指标有10个，所占比例为71.43%；Ⅳ级指标有3个，所占比例为21.43%。按照危险性排序，B13指标的危险性得分相对最高，说明人类工程的活动强度对边坡稳定性的影响相对最大。

表4 评价指标的权值结果

表4(续)

表5 评价指标的隶属度结果

表6 二级指标的危险性计算结果

类比，再进一步开展一级指标的危险性评价，结果如表7所示。由表7可知，一级指标的危险性得分范围为：67.66～81.16，分布范围相对一般。按危险性得分进行分级，得Ⅲ级指标有4个，所占比例为66.67%；Ⅳ级指标有2个，所占比例为33.33%。按照危险性排序，A6指标的危险性相对最大，其次排序依次为A5、A4、A1、A3和A2。

表7 一级指标的危险性计算结果

最后，再进一步对边坡开展危险性综合评价，计算结果如下

[76.80]

如上计算结果，该边坡的危险得分为76.80分，风险等级为Ⅲ级，属高度危险状态，不仅应加强监测及巡查，还应建立必要防灾预案，且考虑到后续施工持续扰动影响，结合稳定性评价结果，建议尽快开展此边坡的后续加固处理。

4 结 论

(1)边坡变形特征显著，在天然状态下的稳定性系数间于0.980～1.034，处于不稳定～欠稳定状态；在暴雨或连续降雨状态下，稳定性系数间于0.806～0.862，处于不稳定状态，因此，得此边坡稳定性相对较弱，开展后续加固处理的必要性显著。

(2)通过危险性评价，得边坡的整体危险得分为76.80分，风险等级为Ⅲ级，属高度危险状态，且主要的危险源为人类工程活动。

(3)该文结合边坡基础地质条件，开展了滑坡稳定性、危险性评价，证明了边坡开展后续治理的必要性，建议后续可在此基础上进一步开展后续加固措施研究及评价。