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摘要：在高速公路建设中,边坡工程较多,施工难度大,变形量大,处理不当易引起增加投资、延误工期、造成灾害等不良后果,因此地质勘察成为边坡稳定性分析中的重要环节之一.文章分析了某高速公路路堑边坡稳定性的影响因素,可为类似路堑边坡的稳定性分析提供参考.

关键词：高速公路；路堑边坡；稳定性；影响因素

1.工程概况

以某高速公路为例,其开挖总长度为31.22km,施工过程中发现,典型路堑路段桩号为K12+900～K13+020的路段,其最大开挖深度为18.0m,本文通过分析典型挖方路堑路段的稳定性参数,对其中的锚杆预应力值、锚杆加固设计等参数作出进一步优化,从而提高施工路段的安全性和稳定性.

2.工程地质情况

2.1地质条件

针对该工程的具体情况,本文采用了微分电测深、工程地质测绘、原位测试、钻探等地质勘察方法,以了解该段路堑边坡的滑坡规模、岩土体特征和滑动面位置等情况,从而制定有针对性的施工方案.（1）地理条件：首先从该段路堑边坡的自然地理条件来看,地形复杂,属于典型的丘陵地貌,地势高差较大,原始地面高程290.0m～324.5m,山体坡度介于10°～25°之间.局部有基岩裸露,植被发育较好.（2）地层岩性条件：经过实地勘察发现,在勘察深度范围内,该路段出露的地层主要为泥岩、炭质泥岩、砂岩以及第四系更新统（QP）粉质粘土等.（3）水文地质：对水文地质的勘察可以从地表和地下水两个方面开展,从地表水来看,该路堑段无地表水体发育,只有在暴雨季节才有可能出现地表径流,地表水向低洼地带排泄,其中部分沿裂隙直接渗入到滑坡体内.（4）地质构造：通过对该路堑边坡路段的地层时代和岩相古地理进行研究发现,该路堑边坡及一定范围内,具有一个相对稳定的时期,即泥盆晚期～三叠晚期,而该路段在进入三叠晚期后,直到侏罗早期,均具有非常明显的沉降运动,地质构造独特.

2.2水质分析

通过对3处钻孔中所获取的3组地下水试样进行化验分析,并对其水质进行判定发现,该场区的地下水对钢筋混凝土及该结构中的钢筋具有轻微的腐蚀性.

2.3岩土物理力学性质

对于该工程,经勘察共获取扰动土样2件和原状土样7件,对其进行岩土物理力学性质试验等分析,并在野外对其实施15次标准贯入试验.

3.建立模型

在实际勘察的基础上,根据该路堑边坡实际情况,运用大型有限元软件FLAC建立了关于该路堑边坡的有限元模型：（1）该路堑边坡的整个开挖过程属于浅挖边坡,建模时只需考虑坡体本身的自重力.（2）边坡的左右边界,对水平方向的自由度进行固定,并适当进行滑动约束,同时将垂直方向的自由度释放,固定约束模型底部,以模型顶部为自由边界面,对整个破体的自然滑动过程进行模拟和演示.（3）应用摩尔—库伦模型作为本构模型,下表1为各材料的相关参数.

4数值模拟影响路堑边坡的相关因素

通过分析可以发现,路堑边坡的稳定性影响因素众多,应根据工程地质条件等情况,明确岩体抗拉强度、粘聚力、水位、内摩擦角、岩体密度等影响因素,然后分别建立对应的参数模型,分析各因素对路堑边坡稳定性的影响.

（1）粘聚力.根据粘聚力不同的参数模型数值,可以分析判断出边坡稳定性与粘聚力的关系,随着粘聚力的不断增加,边坡的稳定性系数也会不断增加,但是增加速度会逐渐趋于缓慢.

（2）内摩擦角.随着内摩擦角的变化,路堑边坡稳定性也会随之发生相应改变,在内摩擦角从13°增加至38°时,路堑边坡的稳定性也明显提高.

（3）坡度.为了解坡度与坡稳定性的关系,可建立不同坡度的参数模型,如坡度为0.8、1.0、1.6、2.0、2.7、2.9等,通过对塑性区和稳定性系数进行计算,从而判断坡度与边坡稳定性这两者之间所具有的关系.

（4）岩体密度.除了上述因素外,岩体密度与边坡稳定性也具有一定关系,通过改变岩体密度,对其稳定系数进行计算,得出了如图1的计算结果,通过分析可知,岩体密度与边坡稳定性系数呈反比例关系,也就是说随着岩体密度的增大,边坡稳定性会相应降低,这也是进入雨季,需要对坡体进行排水避免雨水渗入的重要原因.

（5）岩体抗拉强度.在分析过程中,为了解岩体抗拉强度的影响,可通过改变岩体抗拉强度,模拟相关数值,对其与边坡稳定性的关系进行分析,模拟结果如下图2所示,在岩体抗拉强度达到2.8MPa以上时,岩体抗拉强度变化不会影响边坡的稳定性,在岩体抗拉强度位于临界值（2.8MPa）以内时,对边坡稳定性系数具有一定影响,但是在超过该临界值后,对边坡稳定性基本无影响,由此可见,与其他因素相比,岩体抗拉强度对边坡稳定性的影响相对较小.

（6）水位线.在模型底平面设置水位标准线,然后建立不同水位线高度的模拟模型.通过对水位线与边坡稳定性之间的关系进行分析发现,水位线越高,越容易出现小边坡破坏的情况,尤其是在水位线高度达到4m以上,边坡的稳定性系数会急剧下降,说明水位线在超过一定高度后会急剧降低边坡的稳定性.

5.分析各因素敏感性

通过分析发现,各因素对边坡稳定性具有不同的影响规律,所以为掌握各因素的敏感性,应采用一元化的单位对各因素的影响进行衡量,充分利用参数敏感度分析方法对其影响效果进行分析.

在上述公式中,Si越大則意味着xi与边坡稳定性的关系越大,计算的各影响因素敏感度,其中内摩擦角所具有的敏感度最大,说明其对边坡稳定性的影响最明显,其次为密度和粘聚力,抗拉强度对边坡稳定性的敏感度最低.

6.结论

高速公路路堑工程建设过程中边坡稳定性控制极为重要,应尽可能将边坡失稳造成的危害降至最小,根据工程情况分析影响边坡稳定性的因素,并对各设计参数进行优化,有助于增强公路边坡的稳定性,虽然本工程稳定性计算及模拟设计等仍存在一定不足,但它为公路工程建设提供了一种简单可行的定量分析方法.

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