缓倾软弱夹层对顺层岩质边坡稳定性的影响

严子元

（中铁十八局集团 建筑安装工程有限公司，天津 300308）

由于地形地貌的限制，广西山区高速公路建设不可避免地会遇到高陡路堑边坡。而边坡的稳定性特别是顺层边坡的稳定性一直是山区高速公路建设者最为关注的问题之一。目前国内外学者对于顺层岩 质边坡的破坏机理［1-4］、防治措施［5-6］和监测手段［7］等已经有了深入的研究，并取得了丰硕的成果，但对于缓倾软弱夹层的顺层岩质边坡的稳定性分析涉及较少，为此，本文以广西六宾高速K23+350～K23+550右侧挖方边坡为例，开展缓倾软弱夹层对顺层岩质边坡稳定性的影响研究。

1 工程概况

桂林至钦州港公路南宁六景至宾阳段（以下简称六宾高速公路）起于六景西枢纽互通，经青秀区伶俐镇、宾阳县陈平镇和宾州镇，终于宾阳县南面田粮村附近。建设总里程为45.62 km，按照双向四车道高速公路标准建设，设计速度为120 km/h。

K23+350～K23+550 右侧挖方边坡，全长为200 m，边坡最大高度约为20 m、边坡坡率为1∶0.3～1∶0.5，该处边坡为顺层岩质边坡，左侧边坡基底存在软弱夹层。场地区域地质构造属背斜构造的东翼。场地及周边未发现大的断层、断裂等不良地质构造，通过现场调查发现地质构造中存在局部小断裂，下伏地层为三叠系下统安顺组（T1a）厚层状白云岩，岩层产状为40°∠6°。

施工时需要在K23+350～K23+550 段右侧边坡坡口线后退15 m 后修筑浆砌片石挡墙，墙后设立弃渣场，浆砌片石挡土墙宽约为2 m、高约为2～8 m、长约为120 m。弃渣体最大填土高度约为20 m，弃渣体主要成分为碎石和粉质黏土。

软弱夹层倾角约为5°，土质为硬塑黏土，局部底面间有原灰绿色泥岩强风化软化层。该软弱夹层为白云岩层间夹层泥岩风化而成的残积黏土层，局部为泥岩全风化层，残积黏土层干燥状态为硬塑状，遇水浸泡极易软化。

K23+350～K23+550 右侧挖方边坡断面图如图1所示，岩土体力学参数如表1 所示。

表1 K23+350～K23+550 右侧挖方边坡岩土体力学参数

图1 K23+350～K23+550 右侧挖方边坡断面图

2 边坡稳定性分析

对于该段边坡的稳定性分析，本文主要采用数值模拟的方法开展研究。

1）模拟思路

考虑到边坡堆载会在一定程度上改变边坡的受力模式及稳定性，为准确掌握边坡堆载对坡体稳定性的影响程度，采用FLAC3D 软件对该边坡进行数值模拟分析和堆载后边坡的稳定性评价。首先基于图1 分析断面情况，并建立相应的数值分析模型（图2），结合边坡实际情况进行网格划分。该段边坡模型长为60 m、宽为10 m、高为20 m，共计25 478 个单元网格。模拟时通过调整软弱结构面的参数，按照边坡处于最不利状态，反算出边坡的变形趋势，从而获得边坡的破坏模式，对边坡的整体稳定性进行分析并进行稳定性系数计算。

图2 K23+350～K23+550 右侧挖方边坡数值分析模型

2）模拟计算基本步骤

第一步：代入参数进行试算模拟，获取边坡原始为稳定状态获时的基本变形参数。

第二步：在基本变形参数的基础上，将原变形参数清零，进行相应的堆载施加，将模拟加载过程结束时边坡的变形状态作为软弱夹层分析的基准参数。

第三步：在加载完成的基础上，将变形参数清零，得到软弱夹层最不利状态下的基准参数。在将主要参数值降低至原值的1/5、1/10 情况下，获取边坡沿软弱层面滑动的可能性的预测参数。

3）稳定性分析结果

图3 为边坡自然状态稳定的初态变形云图，云图状态为弃渣堆载前的边坡自然稳定状态。图4 为弃渣堆载完毕后的边坡位移变形云图，从图4 可知，边坡加载完毕后，弃渣体部分边坡的变形比较大，处于不稳定状态，而此时软弱结构面处的位移相对较小，仅为2.6 mm（图5），由图5 知，软弱结构面对边坡整体稳定性影响较小，弃渣堆载完毕后边坡不稳定部位为弃渣堆载部分，软弱夹层对边坡稳定性影响较小。

图3 弃渣堆载前自然状态下边坡位移变形云图

图4 弃渣堆载完毕后的边坡位移变形云图

图5 弃渣堆载完毕后软弱夹层处边坡位移变形云图

3 堆载体的稳定性分析

对弃渣体部分采用理正软件进行稳定性分析计算。弃渣体的断面示意图如图6 所示。

图6 弃渣体断面示意图

1）弃渣体失稳模式分析

弃渣体堆积后形成新的人工堆积坡体，改变了原始地形形态。弃渣体的不稳定的风险为堆积体坡面的稳定性。

2）稳定性分析断面选取

根据弃渣体失稳模式分析，弃渣体的失稳模式为弃渣体内部不利滑面产生滑动和堆积体坡面失稳。通过现场调查和分析，整个场地内土质分布较均匀，坡面的稳定性主要取决于坡高和坡度。弃渣体内部不利滑面主要受原始地面的坡度、形状和弃渣体的土体强度控制。

在作稳定性分析时，采用自动搜索对弃渣体内部不利滑面进行选取。

3）岩土体力学参数选择

根据工程经验与类比法，岩土体的力学参数取值见表2，暴雨工况下的力学参数按正常工况下力学参数进行0.8 系数折减。

表2 弃渣体稳定系分析参数取值

4）弃渣体稳定性分析

根据弃渣体稳定性断面和岩土体力学参数的选取，对弃渣体部分采用理正软件进行稳定性计算，滑裂面选用圆弧滑动，采用简化Bishop 法进行分析。由于本项目所处场地地震基本烈度为Ⅵ度，故只需进行正常工况和暴雨工况下的稳定性计算，计算结果见表3。

表3 弃渣体稳定安全系数表

由表3 知，弃渣体的稳定安全系数不满足规范要求，边坡局部欠稳定。

4 结论

以广西六宾高速K23+350～K23+550 右侧挖方边坡为例，开展缓倾软弱夹层对顺层岩质边坡稳定性的影响研究，得到以下结论。

1）在假定边坡岩土力学参数处于最不利状态下，弃渣体部分边坡的变形比较大，弃渣体部分边坡处于不稳定状态，此时软弱结构面处的位移相对较小，软弱结构面对边坡整体稳定性影响较小，含缓倾软弱夹层的岩质顺层边坡处于稳定状态。

2）堆载体部分在暴雨工况下安全系数不满足规范要求，堆载体局部处于欠稳定状态。