高填方路堤边坡稳定性及参数影响研究

摘要：为了对影响高填方路堤边坡稳定性的因素进行分析，文章采用数值模拟和现场监测的方法，重点研究了填土高度、边坡坡度、路堤顶部交通荷载、斜坡面坡度等四个因素对高填方路堤边坡稳定性的影响。结果表明：填土高度增大会导致边坡坡脚处水平位移不断增大，当填土高度＞30 m后，路堤边坡坡脚竖向位移由沉陷变成隆起；边坡坡脚水平位移和竖向位移随边坡坡度的增大呈现整体增大的趋势；边坡坡脚水平位移随着路堤顶部交通荷载和斜坡面坡度的增大而增大，当荷载＞150 kPa或斜坡面坡度＞1∶5后，边坡坡脚水平位移增率均明显增大且坡脚竖向位移由沉陷变成隆起。研究结果可为类似山区高填方路堤边坡设计和施工提供参考。

关键词：高填方；路堤边坡；数值模拟；参数变化

中图分类号：U416.1+4" " " " "文献标识码：A" " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.013

文章编号：1673-4874（2024）11-0040-04

引言

随着现代社会的不断发展，道路交通建设不断完善和拓展，高填方路堤边坡在工程中应用越来越广泛。因此，对高填方路堤边坡的稳定性及参数影响进行研究和分析具有重要的理论意义和实际应用价值［1-3］。目前，关于高填方路堤边坡稳定性及参数影响的研究还存在一些问题和不足，主要表现为高填方路堤边坡在参数影响规律方面的研究较为薄弱，缺乏实际的工程应用背景［3-6］。基于此，本文将从工程实践的角度出发，以山区某高填方路堤边坡为研究对象，采用数值模拟计算和现场监测的方法，细致分析高填方路堤边坡的稳定性问题，并研究不同参数对路堤边坡稳定性的影响，以期为实际工程建设提供科学依据和指导。

1工程概况

以山区道路工程K30+125～K31+006段为研究对象，该段是位于山区软弱斜坡面上的填方路堤，地基土从上至下依次为粉质黏土、夹块粉质黏土和中风化岩。路基顶面设计宽度为30 m，边坡坡度为1∶1.5，填土高度为24 m，地基为左低右高的斜坡面，斜坡面坡度为1∶6，施工时采用分层铺填碾压的方法。

2数值建模

如图1所示为采用FLAC 3D软件建立的路堤数值模型图。模型整体宽度为150 m，长度为50 m，整体高度为80 m，路基的顶部宽度为30 m，路基边坡坡度为1∶1.5，填土高度为24 m，斜坡面坡度为1∶6，分层碾压施工，采用摩尔-库仑本构模型模拟分析。地基土共分为3层，从上至下依次为粉质黏土、夹块粉质黏土和中风化岩，平均厚度分别为3 m、12 m和41 m。模型建立过程中除上边界外，模型其他边界均进行位移约束，并通过给路堤顶部施加100 kPa来模拟路堤上部的交通荷载。如表1所示给出了路堤填土和地基土的物理力学参数。

3路堤边坡位移及参数影响分析

3.1填方路堤边坡位移分析

施工过程中填方路堤边坡的位移变化如图2所示。由图2可知，填方边坡表面最大水平位移出现在左侧坡脚附近，最大水平位移值为96.12 mm；填方边坡表面最大竖向位移出现在路堤中心附近，最大竖向位移值为212.34 mm。综上可知，高填方路堤边坡在施工过程中将产生较大的位移，探究影响位移产生的因素具有重要意义。

为了验证数值模拟方法的合理性和有效性，将现场监测和数值模拟得到的左侧坡脚及深处的水平位移进行对比，如图3所示。由图3可知，现场实测值比数值模拟值略大，这与现场工况比数值模拟更为复杂有关，但二者差值仅在5%范围内，说明了本文数值模拟方法的合理性和可行性，可用于后续建模分析。

3.2参数变化对填方路堤边坡位移的影响分析

为了对填方路堤边坡位移的影响因素进行分析，本文选取填土高度、边坡坡度、路堤顶部交通荷载、斜坡面坡度等四个方面参数进行分析，并设计了如表2所示的工况。

3.2.1填土高度H的影响

如图4所示，给出了不同填土高度时的边坡坡脚及深处位移曲线，填筑高度H分别取21 m、24 m、27 m、30 m、33 m，其余参数保持不变（规定水平位移向左为正、竖向位移向下为正，反之为负，下同）。由图4（a）可知，不同填土高度时边坡坡脚水平位移曲线呈现的规律基本一致，即沿坡脚深度方向，边坡坡脚水平位移先增大后减小，在距离坡脚正下方8 m深度处水平位移最大；相比于填土高度为21 m时，填土高度为24 m、27 m、30 m和33 m时坡脚0 m处水平位移分别增大了5.1%、22.3%、35.7%和44.1%。由图4（b）可知，当填土高度为30 m和33 m时，边坡坡脚出现隆起现象；当填土高度为21 m、24 m和27 m时，边坡坡脚发生沉陷，但无论填土高度怎么变化，边坡坡脚0 m处竖向位移值最大，且填土高度越大，竖向位移越小；相比于填土高度为21 m时，填土高度为24 m、27 m、30 m和33 m时的坡脚0 m竖向位移分别减小了25.6%、51.8%、108.9%和121.0%。

综上可知，填土高度的变化会对路堤边坡的位移产生较大的影响，且填土高度越大，边坡坡脚处水平位移越大；当填土高度＞30 m后，路堤边坡坡脚竖向位移将由下沉变成隆起。

3.2.2边坡坡度β的影响

如下页图5所示，给出了不同填土坡比时的边坡坡脚及深处位移曲线。填土坡比β分别取1∶1.25、1∶1.50、1∶1.75和1∶2.00，其余参数保持不变。由图5（a）可知，不同填土坡比β时，边坡坡脚水平位移曲线呈现的规律基本一致，即沿坡脚深度方向，边坡坡脚水平位移先增大后减小，在距离坡脚正下方8 m深度处水平位移最大。相比于填土坡比取1∶1.25时，填土坡比取1∶1.50、1∶1.75和1∶2.00时坡脚0 m处水平位移分别减小了7.8%、29.3%和40.2%。由图5（b）可知，不同填土坡比β时边坡坡脚竖向位移曲线呈现的规律基本一致，即沿坡脚深度方向，边坡坡脚竖向位移持续减小，在距离坡脚正下方8 m深度以内位移减小速率较大，之后减小。相比于填土坡比取1∶1.25时，填土坡比取1∶1.50、1∶1.75和1∶2.00时坡脚0 m处竖向位移分别减小了15.1%、35.3%和40.1%。

综上可知，随着边坡坡度的增大，边坡坡脚水平位移和竖向位移呈现整体增大的趋势，说明边坡坡度的增大将对边坡稳定性产生不利影响，减小边坡坡度有利于提高高填方边坡的稳定性。

3.2.3路堤顶部交通荷载p的影响

如图6所示，给出了不同路堤顶部交通荷载时的边坡坡脚及深处位移曲线。路堤顶部交通荷载p分别取30 kPa、100 kPa、150 kPa和180 kPa，其余参数保持不变。由图6（a）可知，不同路堤顶部交通荷载时边坡坡脚水平位移曲线呈现的规律基本一致，即沿坡脚深度方向，边坡坡脚水平位移先增大后减小，在距离坡脚正下方8 m深度处的水平位移最大；相比于路堤顶部交通荷载30 kPa时，路堤顶部交通荷载为100 kPa、150 kPa和180 kPa时坡脚0 m处水平位移分别增大了18.1%、49.4%和98.5%。由图6（b）可知，当路堤顶部交通荷载为150 kPa和180 kPa时，边坡坡脚出现隆起现象；当路堤顶部交通荷载为30 kPa和100 kPa时，边坡坡脚发生沉陷。但无论路堤顶部交通荷载怎么变化，边坡坡脚0 m处竖向位移值最大，且路堤顶部交通荷载越大，竖向位移越小。相比于路堤顶部交通荷载为30 kPa时，路堤顶部交通荷载为100 kPa、150 kPa和180 kPa时坡脚0 m竖向位移分别减小了14.1%、111.9%和159.8%。

综上可知，边坡坡脚水平位移随着路堤顶部交通荷载的增大而增大，当荷载＞150 kPa后，边坡坡脚水平位移增率明显增大；当路堤顶部交通荷载＞150 kPa后，路堤边坡坡脚竖向位移将由沉降变成隆起。

3.2.4斜坡面坡度γ的影响

如图7所示，给出了不同斜坡面坡度时的边坡坡脚及深处位移曲线。斜坡面坡度γ分别取1∶8、1∶7、1∶6、1∶5、1∶4，其余参数保持不变。由图7（a）可知，不同斜坡面坡度时边坡坡脚水平位移曲线呈现的规律基本一致，即沿坡脚深度方向，边坡坡脚水平位移先增大后减小，在距离坡脚正下方8 m深度处水平位移最大；相比于斜坡面坡度是1∶8时，斜坡面坡度为1∶7、1∶6、1∶5和1∶4时坡脚0 m处水平位移分别增大了7.8%、12.7%、26.9%和39.6%。由图7（b）可知，当斜坡面坡度为1∶5和1∶4时，边坡坡脚出现隆起现象；当斜坡面坡度为1∶8、1∶7和1∶6时，边坡坡脚发生沉陷，但无论斜坡面坡度怎么变化，边坡坡脚0 m处竖向位移值最大，且斜坡面坡度越大，竖向位移越小。相比于斜坡面坡度为1∶8时，斜坡面坡度为1∶7、1∶6、1∶5和1∶4时坡脚0 m竖向位移分别减小了12.4%、27.2%、105.1%和109.2%。

综上可知，边坡坡脚水平位移随着斜坡面坡度的增大而增大，当斜坡面坡度＞1∶5后，边坡坡脚水平位移增率明显增大；当斜坡面坡度＞1∶5后，路堤边坡坡脚竖向位移将由沉降变成隆起。

4结语

本文以某工程为例，采用数值模拟计算和现场监测方法，研究了高填方路堤边坡的稳定性问题，并就不同参数对路基边坡稳定性的影响进行了分析，得到以下结论：

（1）数值模拟和现场监测得到的水平位移差值＜5%，说明了本文数值模拟方法的合理性和可行性。

（2）填土高度的变化会对路堤边坡的位移产生较大的影响，且填土高度越大，边坡坡脚处水平位移越大；当填土高度＞30 m后，路堤边坡坡脚竖向位移将由沉陷变成隆起。

（3）随着边坡坡度的增大，边坡坡脚水平位移和竖向位移呈现整体增大的趋势，说明边坡坡度的增大将对边坡稳定性产生不利影响。

（4）边坡坡脚水平位移随着路堤顶部交通荷载的增大而增大，当荷载＞150 kPa后，边坡坡脚水平位移增率明显增大，路堤边坡坡脚竖向位移将由沉陷变成隆起。

（5）边坡坡脚水平位移随着斜坡面坡度的增大而增大，当斜坡面坡度＞1∶5后，边坡坡脚水平位移增率明显增大，路堤边坡坡脚竖向位移将由沉陷变成隆起。

参考文献：

［1］安征，李玉斌.湿陷性黄土高填方强夯填筑路基沉降计算及边坡稳定性分析［J］.建筑安全，2022，37（10）：20-25.

［2］韦有照.山区公路改扩建路基形变特性数值模拟及稳定性分析［J］.西部交通科技，2019（12）：50-52，99.

［3］陈旭强，张敏，胡钿钿，等.填筑形式对填方路基稳定性的影响［J］.低温建筑技术，2019，41（1）：91-94.

［4］张鹏，谢波.公路路基边坡稳定性影响因素敏感性分析［J］.山东交通科技，2017（2）：45-46，50.

［5］漆稳，汪家林，张莲花，等.某填方路基高边坡稳定性分析［J］.甘肃水利水电技术，2012，48（9）：9-12，29.

［6］霍金岗，赵智超，霍文财.山区高速公路高填方路基边坡稳定性研究［J］.中国新技术新产品，2011（17）：52-53.

作者简介：林汉波（1988—），工程师，主要从事公路工程监理、检测工作。

收稿日期：2024-05-16