许广飞，张冲冲，胡 宣

(贵州大学 喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵阳 550000)

1 概 述

由于我国西南地区地质环境复杂，在修建基础设施时，最常见的问题就是开挖高边坡的破坏形式和稳定性分析，特别是顺向高边坡问题。顺层边坡是指坡面走向、倾向与岩层走向、倾向一致或接近一致的层状结构岩体斜坡[1]，在建设工程中遇到的问题最大的、最多的就是顺向高边坡的失稳问题[2]。面对顺向高边坡问题，国内外学者进行了大量研究，并在顺向高边坡的形成机制、破坏模式、开挖稳定性研究及支护方式方面取得了一定的成果。于飞[3]、胡启军[4]、邹宗兴[5]等对顺向高边坡的破坏机理进行了研究，建立了相应的地质力学模型; 冯君[6]、唐红梅[7]、徐廷甫[8]等利用室内模型试验和数值模拟对顺层高边坡的开挖作了进一步的研究，并取得了一定的研究成果; 冯振[9]对高边坡原位位移监测结果进行分析，研究了抗滑桩对红砂岩顺层边坡支护后影响高边坡蠕滑变形的因素。

本文以西南某基础建设中遇到的顺向高边坡为研究对象，通过对当地工程地质条件的研究，分析在高边坡开挖过程中可能遇到的稳定性问题。在这个基础上，提出相应的支护方案并分析各种支护方案的优劣。通过加拿大公司的Geo-Studio软件的SIGMA/W及SLOPE/W模块建立模型，对挖方高边坡变形及稳定性进行计算分析。

2 高边坡基本特征及支护方案选择

根据场平规划，整个勘察场地区主要为斜坡沟槽，本文选取的研究对象为其中的一个顺向开挖高边坡。根据边坡勘探成果，顺倾边坡存在外倾软弱结构面，其倾角为20°～38°，变化范围较大，力学性质差，对挖方高边坡的稳定性起控制作用。边坡主要的岩层为角砾岩和泥质白云岩。边坡的高度为76 m,宽度为265 m，挖方高边坡高度为31 m。挖方高边坡的支护方式常采用坡率法+锚索支护。

针对挖方高边坡的工程特性，采用二维数值模拟方法，对挖方高边坡的变形破坏模式和稳定性进行模拟分析，优化边坡坡率，对锚索加固方案进行模拟分析，并提出边坡坡率和锚索加固方法建议。

3 计算方法及要求

选用加拿大公司的Geo-Studio软件的SIGMA/W及SLOPE/W模块建立模型，对挖填边坡变形及稳定性进行计算分析。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)、《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)等的相关规定，建议边坡的稳定性系数不小于规定的数值。根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ-T0219-2006)，暴雨工况安全系数取1.15。边坡稳定系数见表1。

表1 边坡稳定安全系数

1) 由于场区位于抗震设防烈度为Ⅵ度，不考虑地震工况。

2) 计算考虑天然、暴雨两种工况，计算方法采用毕肖普法/强度折减法。

3.1 地层参数

综合勘察室内外试验及前期试验段数据，模型计算参数取值见表2，层间结构面抗剪强度指标参照《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)。

表2 计算模型参数取值

3.2 锚索参数

锚索钢绞线规格采用15.2 mm、公称抗拉强度为1 860 MPa、截面积为181.5 mm2的钢绞线，每根钢绞线的极限张拉荷载Pu为259 kN。

预应力锚索加固是群锚机制，锚索的间距不宜过大。但是当锚索间距过小时，受群锚效应的影响，单根锚索承载力降低，故间距又不能太小。一般规定锚索的间距宜采用3～6 m，最小不应小于1.5 m，本文锚固间距选取4 m左右。

4 挖方高边坡破坏模式及稳定性计算

该处挖方高边坡有两个滑面s1和s2,针对这两个滑面设计两种方案。

1) 坡率。方案一：综合放坡坡率1∶1.3，每级坡高10 m，坡面放坡1∶1.1，马道宽度2 m。方案二：综合放坡坡率1∶1.5，每级坡高10进制m，坡面放坡1∶1.3，马道宽度2 m。

2) 锚索。间距取4～5 m，预应力1 200 kN，锚索长度9～25 m。

5 挖方高边坡稳定性计算

方案一支护方式的数值模拟结果见图1-图4。

图1 滑面s1、坡率方案一(1∶1.3)、无锚索情况下稳定性计算结果

图2 滑面s2、坡率方案一(1∶1.3)、无锚索情况下稳定性计算结果

图3 滑面s1、坡率方案一(1∶1.3)、锚索情况下稳定性计算结果

图4 滑面s2、坡率方案一(1∶1.3)、锚索情况下稳定性计算结果

方案一的稳定性计算结果见表3。

表3 稳定性计算结果(坡率方案一)

方案二支护方式的数值模拟结果见图5-图8。

图5 滑面s1、坡率方案二(1∶1.5)、无锚索情况下稳定性计算结果

图6 滑面s2、坡率方案二(1∶1.5)、无锚索情况下稳定性计算结果

图7 滑面s1、坡率方案二(1∶1.5)、锚索情况下稳定性计算结果

图8 滑面s2、坡率方案二(1∶1.5)、锚索情况下稳定性 计算结果

方案二的边坡稳定性计算结果见表4。

表4 稳定性计算结果(坡率方案二)

6 结 论

通过对两种方案所得结果的分析，可以得到以下结论：

1) 边坡不支护直接开挖到1 270 m时，可能出现失稳破坏。

2) 方案一按4～5 m间距采用预应力锚索加固后边坡稳定；方案二按4～5 m间距采用预应力锚索加固后边坡稳定。方案一的开挖量要小于方案二。