Slide软件在山区公路路堑边坡加固设计中的应用∗

2016-06-08苟栋元翟文光

公路与汽运 2016年3期

苟栋元，翟文光

（1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2.山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室，重庆 400067；3.重庆交通大学，重庆 400074）

苟栋元1，2，翟文光2，3

摘要：结合工程实例，采用Slide软件对广州某高速公路路堑边坡稳定性进行分析和计算，并根据计算结果确定了锚杆框格梁+锚索框格梁的加固方案；同时将Slide软件计算结果同传统计算方法的结果进行比较，Slide计算结果更符合实际，且其建模、计算简单，可用于公路路堑边坡的稳定性分析。

关键词：公路；Slide软件；路堑边坡；稳定性分析

近年来，随着中国交通事业的迅猛发展，山区公路建设取得长足进步。但在山区公路建设中，受地形地貌的限制，难免出现大量山体开挖。开挖的岩体在前缘形成临空面，由于外界因素（如温度、湿度、降雨等）的变化，其内摩擦角和粘聚力降低，在自重作用及降雨的影响下易产生滑移，导致边坡出现垮塌等稳定性问题，进而危害公路运营及行车安全。

Slide软件由加拿大RocScience公司研发，可进行圆弧或非圆弧滑动的岩质或土质边坡稳定性和渗流模型分析，模拟多种外部荷载、地下水和支护形式。其计算方法基于竖直条分法的极限平衡分析理论，对既定边坡可指定滑动面使之自动搜索滑动面，进行边坡稳定概率分析和敏感性分析。该文采用Slide软件对广州某山区公路路堑边坡稳定性进行分析，并将稳定性计算结果同传统方法的计算结果进行比较，为公路路堑边坡的稳定性分析和评价提供新的思路与方法。

1　边坡稳定性分析理论

极限平衡法是岩土体稳定性分析方法之一。通常根据作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定性系数，是被广泛采用的路基稳定性分析方法。该方法以Mohr-Coulomb强度理论为基础，通过分析土体在破坏那一刻的静力平衡来求得问题的解。它不像传统的弹塑性力学那样引入应力-应变关系来求解本质上为静不定的问题，而是引入一些简化的假定，从而使问题变得静定可解。

该文采用Slide软件提供的简化Bishop法进行边坡的稳定性计算。该方法一般适用于没有软弱土层或结构面的边坡，计算结果通常代表正确结果解，且往往能得到足够的精度。该方法考虑了条间力的作用，如图1所示，其计算公式如下：式中：Fs为安全系数；mai=cosαi+tgφisinαi/Fs，其值通过mai曲线得到；φi为第i块土条滑面的内摩擦角（°）；ci为第i块土条滑面的粘聚力（k Pa）；bi为第i块土条的长度（m）。

图1　Bishop法计算边坡稳定性示意图

2　工程概况

广州增城沙庄至花都北兴公路二期工程（荔城至花都北兴段）K20+058—162右侧路堑长104 m，最大边坡高33.7 m。属构造剥蚀丘陵地貌，地形陡峭，V形谷发育，自然坡度一般为25°～35°，坡顶、坡底地面高程51.3～35.5 m，相对高差约15.8 m，山体植被茂密。仅有乡间便道抵达，交通较困难。

根据地质资料和滑坡工程地质勘察资料，该区地表覆盖层为第四系全新统人工填土（Q4me）及坡残积层（Q4dl+el），下伏基岩为燕山三期花岗岩（γ52（3））。该段路基坡面局部为土层或风化层覆盖，在基岩出露处有较发育的节理三组（见图2）。

该段未见地表水，地下水有第四系孔隙水、基岩风化裂隙水及构造裂隙水，均受大气降水补给。地表径流排泄条件较好，多向低洼处排泄，部分向深处补给。

图2　K20+058—162段赤平投影图

3　稳定性计算分析

3.1计算参数及工况

该边坡所处地区年降雨量1 141.8 mm左右，降雨强度大，存在暴雨或连续降雨的情况，分别选取2种工况进行稳定性分析计算：工况一为自重（天然工况）；工况二为自重+暴雨（暴雨工况）。该岩质边坡不利结构面采用赤平投影分析（见图2），岩层结构面对边坡无不利影响，对规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡稳定计算采用简化Bishop法。综合地质勘探物理力学试验结果及工程经验设置计算参数（见表1）。根据地质勘察报告，钢筋与M30水泥砂浆粘结强度标准值为2.5 MPa，钢绞线与M30水泥砂浆粘结强度标准值为3.5 MPa。

表1　岩土计算参数取值

3.2稳定性计算分析

3.2.1未支护前边坡稳定性计算分析

该边坡未支护前，采用Slide软件分别计算其在2种工况下的最小稳定性系数，搜索对应的最危险滑动面，计算结果见图3。

3.2.2支护后边坡稳定性计算分析

根据Slide计算所确定的危险滑动面的位置采取加固处治措施，以增加安全系数，从而提高边坡的稳定性。加固工程措施如下：第一级边坡采用锚杆框架梁加固，锚杆长11.5 m，采用ϕ28HRB400钢筋，倾角为20°；第二、三级采用锚索框架梁加固，锚索长分别为24、26 m，锚固段均为10 m，采用4束ϕ15.2高强度低松弛无粘结钢绞线，倾角为20°；第四级边坡采用拱形骨架植草防护（见图4）。

工程支挡措施完成后，分别计算该边坡在上述2种工况下的稳定性系数，计算结果见图5。

根据图5，边坡加固后在天然工况下的最小稳定性系数为1.576，在暴雨工况下的最小稳定性系数为1.376，均满足设计规范的要求，加固后边坡的稳定性得到大大提高。

3.3与传统稳定性计算方法的比较

采用传统人工条分法计算，加固前，该边坡在天然工况下的稳定性系数为1.156，在暴雨工况下的稳定性系数为0.986；采用加固措施后，该边坡在天然工况下的稳定性系数为1.673，在暴雨工况下的稳定性系数为1.395。与传统方法的计算结果相比，Slide计算得到的稳定性系数偏小，其原因主要是Slide软件采用的是搜索法，通过搜索寻找到最小稳定性系数，而传统人工条分法的计算结果是通过给定的几个滑弧计算稳定性系数并取小值得到的，Slide的搜索更严格，人工条分法的搜索相对粗糙，加上二者计算方法相同，故Slide计算结果比人工条分法的小。