何成兵，喻 兴，刘 宏

(贵州大学 国土资源部喀斯特环境与地质灾害重点实验室，贵阳 550025)

0 引 言

随着中国民航局《中国民用航空发展第十三个五年规划》的发布，在2016至2020年的5年时间内，我国机场建设将会进入一个全新的时代。中国西南地区的青藏高原幅员辽阔，海拔高，特别是青藏高原东缘地区由于近期构造运动强烈使得青藏高原快速抬升，河流急剧下切，形成了高山峡谷地貌[1-4]。由于独特的地理位置和特殊的地形地貌，使得机场建设十分必要。

在西南地区修建机场，为满足场地条件和净空条件机场建设势必面临高填方和高地震烈度等问题[4]。山区错综复杂的地质条件也给机场的稳定性带来了挑战，若处理不当，势必造成安全隐患和重大经济损失。如攀枝花机场 ，由于填方体下部的软土地基处理不当，造成了填筑体滑坡，对机场运营和社会经济造成严重的影响[5]。

因此，在机场设计之初对于机场的稳定性分析应该引起重视。本文通过对在建甘孜机场初步设计方案中的典型边坡进行不同工况下的稳定性分析，对比分析在目前的设计方案和施工工艺条件下的边坡稳定性，为后续的机场建设和设计方案优化提供一定依据。

1 概念模型建立

1.1 工程地质概况

拟建的机场飞行区规模为4C,跑道长4 000 m,跑道两端各设300 m安全端，飞行区总长度达4 600 m。跑道道槽宽45 m，道肩1.5 m,总宽度48 m。该机场中心点设计高程为4 059.1 m,地形最大相对高差196 m,最大挖方高度60 m,最大填方高度109 m,填方量达4 000×104m3，属于典型的高高原高填方机场。本文选择最具代表性的填筑边坡进行边坡稳定性分析。

本次选择剖面所在区域为沼泽相平原和地形高差相对较小的斜坡，但填方高度大于100 m。由于构造和堆积作用的影响(图1)，基岩面起伏相对较大，局部地段第四系覆盖层厚度达21 m，其物理力学性质变化十分明显，属于典型的不均匀地基。在沿坡面方向基岩起伏较大，在基岩面上堆积有厚度不均的泥炭土和粉质黏土，这些堆积土往往力学性质较差，为填方体沿基岩面滑移创造了条件。同时在填方体边坡坡脚处存在着一条规模较大的正断层，且在离机场不远处还存在规模更大的断层，在这些地区由于断层以及地形的原因同时存在着丰富的地下水。总体来说，该场地从填方高度、基岩起伏、物理力学性质以及高地震烈度等方面为典型的不均匀性地基，设计时应该予以重视。

1.2 概化模型

在机场详勘阶段提供的剖面图基础上，进行有效概化模型的划分，具体填方模型与处理后地基模型见图2。填方区天然边坡为斜坡，坡度8°～10°，边坡基岩为倾角20°左右的顺层岩层，坡面覆盖层厚度较薄且不连续，偶尔可见出露的基岩；坡脚下分布有泥炭和粉质黏土，它们具有厚度不一、面积大、地下水丰富等特点。根据勘察报告，现场填料主要为灰岩和砂岩填料，填料的土石比为0.5∶9.5；填方边坡综合坡比为1∶2.5，上部坡比为1∶2.0，下部坡比为1∶2.5。同时由于填方边坡太高，在坡脚处设置有一定厚度的反压层。

图1 工程地质剖面图

图2 剖面图概化模型1.F90;2.反压；3.换填；4.全风化变质砂岩；5.强风化变质砂岩-上层；6.中风化变质砂岩；7.强风化角砾；8.灰岩；9.粉质黏土-可塑；10.强风化变质砂岩-下层；11.全风化砂岩-强夯后；12.强夯-粉质黏土

1.3 具体参数取值

根据勘察资料和现场大剪试验，得出填方地基与填筑体的物理力学参数指标(表1)。根据《民用机场岩土工程设计规范》(MH 5027-2013)、滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZT 0219-2006)等相关规定，建议填方边坡对应工况下的稳定性安全系数不应低于表2规定数值。

表1 稳定性计算参数取值表

注：表1中※参数为经验值，当计算地震条件下的边坡稳定性时，地震加速度取0.2 g。

表2 填方边坡稳定安全系数

2 典型边坡稳定性分析

利用典型模型建立对应的有限元模型，利用GEO-SLOPE软件，对典型边坡的稳定性进行分析[6]。通过有限元分析边坡在天然、暴雨、地震3种工况下的稳定性，确定潜在滑移面的位置。在进行边坡稳定性分析前，需要弄清楚2个关键的工程问题：

1) 沼泽相平原对填方体的影响。由于填筑体的坡脚处于沼泽相平原地区，该地区存在有大量厚度不一的第四系坡洪积物覆盖层，这些土层含水量较大，地下水丰富，工程地质性质差。同时在地基处理和边坡填筑过程中，人为地改变了地表水和地下水的渗流系统，抬高地下水渗流高程，导致给整个边坡提供抗滑力的能力降低，进而降低了整个边坡的稳定性。

2) 填筑体自身的稳定性问题。由于填筑体填方量较大，填筑高度大，存在着填筑体自身滑坡的可能性。但填筑体自身稳定性可通过控制施工工艺和填料特性，这个问题比较容易解决和控制。

2.1 典型边坡在天然工况下的稳定性分析

典型边坡的稳定性分析(图3)：在稳定性分析软件(GEO-SLOPPE)中使用不同的分析方法对该边坡进行稳定性分析，同时通过人为去掉一些不合实际的潜在滑动面，得出该边坡的的稳定性系数均在1.470～1.813之间。

图3 典型边坡稳定性分析

2.2 典型边坡在暴雨工况下的稳定性分析

典型边坡的稳定性分析(图4)：对该边坡在暴雨工况下的稳定性分析，主要是通过改变边坡中各填筑层的物理力学参数来实现的。同理在稳定性分析软件(GEO-SLOPPE)中使用不同的分析方法对该边坡进行稳定性分析，同时通过人为去掉一些不合实际的潜在滑动面，得出该边坡的的稳定性系数均在1.241～1.3.291之间。

图4 典型边坡稳定性分析

2.3 典型边坡在地震工况下的稳定性分析

典型边坡的稳定性分析(图5)：在分析地震条件下的边坡稳定性时，取0.2的水平地震系数对该边坡进行分析。通过不同的计算方法得出一些不合实际的结果，通过人为省略，最后得出该边坡的稳定性系数在1.029～1.054之间。

图5 典型边坡稳定性分析

3 结 论

1) 在天然工况下所得稳定性系数：不同的稳定性分析方法得出的稳定性系数在1.470～1.813。

2) 在暴雨工况下所得稳定性系数：不同的稳定性分析方法得出的稳定性系数在1.241～3.291

3) 在地震工况下所得稳定性系数：不同的稳定性分析方法得出的稳定性系数在1.029～1.05。

4) 不同工况下、不同分析方法所得边坡稳定性系数均大于要求值，说明设计方案中对于边坡的设计以及地基处理符合机场工程设计要求。