彭湖高速公路高填路堤稳定性敏感分析

吴志青，谢丽辉，左 威，邓天棋

(1.江西省赣粤高速公路工程有限公司，江西南昌330000;2.华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013;3.中铁二局集团有限公司，四川成都610000)

1 彭湖高速公路沿线工程地质条件

1.1 K 26+150路段地形地貌特征

彭湖高速公路位于赣江与长江交汇地带的鄱阳湖冲洪积平原，发育有厚度不等的软土，呈现明显的层状结构，常夹淤泥、细粉砂等透镜体。地层结构复杂，地基强度小并且变化大。由于沿线软土具有高含水量、高液限、低强度、高压缩性、低透水性等特点，加之该路段填土高度7.0～10.0m占相当比例，最大填土高度超过14.0m。为了能具体分析彭泽高速公路路堤稳定性，本文以K26+150高填方路堤为研究对象进行分析(填高达9.06m)，该路堤地基2.0m深度内土体呈棕黄色粉质粘土，处于塑性状态[1]。高填方路堤断面见图1。

图1 K26+150高路堤断面图(单位:m)

1.2 研究段水文条件特征

地下水受降水控制明显，雨季水量增大，水位上升，旱季水量减少，水位下降。一般在山间谷地及滨湖地段，地表水及地下水相对较丰富，随季节变化影响较大，丘陵区及岗丘区地下水相对较贫乏。水位埋深滨湖地带小于2.0m，丘陵岗丘区一般大于2.0m。水文条件对高路堤稳定性影响很大，地下水的富集一方面增大坡体下滑力，另一方面引起孔隙水压力上升，降低软弱层的抗剪强度，导致潜在滑动面的抗滑力减小。

2 软土强度参数试验

针对K26+150高路堤分析，通过现场勘察取得原状土样。取样过程中为避免水分蒸发，用密封塑料袋包裹，将土运回实验室。结合路基特征及正交试验规则[2-3]，开展了密度、含水率、击实试验和直剪试验，得到了不同压实度下的c和φ值，见表1。

表1 直剪试验结果一览表

3 高路堤稳定性敏感分析

以下采用理正软件进行分析，参考已有路堤稳定性分析方法[4-6]，针对不同压实度工况下出现的不同强度参数，分析稳定系数Fs的变化关系图，探讨稳定系数Fs与各种参数的敏感性关系。

3.1 参数的选取

参数取值主要依据室内试验结果综合选取，见表1。

3.2 各个因素作用下高路堤稳定性的敏感性分析

3.2.1 粘聚力对路堤边坡稳定性的影响分析

当地基土为砂粘土，路堤填高为9.626m，坡比为1∶1.5，汽车荷载设为15.39 kPa，而内粘聚力分别为14.76，20.29，25.28，28.96 kPa时，对应的路堤边坡稳定系数Fs为1.616，1.718，1.791，1.861，见图2。

从图2可以看出:

(1)F s-c关系随着粘聚力c的增加，稳定系数F s也增大，当粘聚力c从14.76 kPa上升到28.96 kPa时，稳定系数Fs从1.616上升到1.861。即随着土体粘聚力c的增大，边坡土体的抗剪强度有所增大，抗滑力也随之增大。

(2)从曲线的总体来看，当粘聚力增大至一定程度时，边坡稳定系数F s增大趋近于稳定。

3.2.2 内摩擦角对路堤边坡稳定性的影响分析

当地基土为砂粘土，路堤填高为9.626m，坡比为1∶1.5，汽车荷载设为15.39 kPa，内摩擦角φ分别为25.39°，27.74°，28.07°，30.29°，而对应路堤边坡稳定系数Fs变化为1.616，1.718，1.791，1.861，可以看出:Fs-φ关系为随着内摩擦角φ的增大，土体抗剪强度有所增大，抗滑力随之增大，稳定系数F s也随之增大。当内摩擦角φ从25.37°上升到30.29°时，稳定系数Fs从1.616上升到1.861。

3.2.3 容重对路堤边坡稳定性的影响分析

参数取值为:地基土为砂粘土，厚度为9m，路堤坡高为9.626 m，坡比为1∶1.5，汽车荷载设为15.39 kPa，容重γ分别为14.46，16.50，16.55，16.67 kN◦m-3时，路堤边坡稳定系数Fs对应为1.616，1.718，1.791，1.861。Fs-γ关系图见图3。

图2 边坡稳定性分析F s-c关系图

从图3可以看出:Fs-γ的关系:随着γ的增大，稳定系数Fs逐渐增大。当容重γ从16.462上升到16.671 kN◦m-3时，稳定系数Fs从1.616上升到1.861，但γ大至一定程度时稳定性不增反有下降趋势。目前在施工过程中需要通过压实、排水等方法来增加土体的容重，从而使我们尽可能将容重控制在一个合理的范围，这与文献[7]中的结论较为一致。

3.2.4 坡高对路堤边坡稳定性的影响分析

以下坡高采用一变值，土体其他力学参数依据试验所得。为了具有可比性，力学参数取压实度为0.93、坡比为1∶1.5。通过计算得到当坡高分别为8.0，9.0，10.0，11.0，12.0 m时，Fs对应为1.829，1.672，1.589，1.545，1.534。Fs-H的关系图见4。

从图4可以看出:

(1)Fs-H关系曲线为抛物线，随着坡高H的增大，稳定系数Fs逐步减小，说明路堤边坡稳定性越来越差。当坡高H从8.0m增大到12.0m时，稳定系数Fs从1.829降到1.534。

(2)坡高从8.0m增大到11.0m的过程中，稳定系数变化比较快，说明坡高控制在8.0m以下较为适宜。

3.2.5 坡比对路堤边坡稳定性的影响分析

当坡高设为10.0m，在不同坡比情况下与路堤边坡稳定系数F s的关系，见图5。

从图5可以看出:Fs-m的关系曲线为抛物线，随着坡比的减小，稳定系数Fs也逐渐增大，路堤越稳定。随着坡比从1∶0.25变化到1∶2.00，稳定系数也从1.534增大到1.829。就曲线特征而言，坡比对路堤边坡稳定性很敏感。

图3 边坡稳定性分析F s-γ关系图

图4 边坡稳定性分析F s-H关系图

4 主要结论

(1)通过室内土工试验得到土在不同压实度下的强度参数。表明在不同压实度下具有不同的内摩擦角和粘聚力值，总体上随着压实度的增大，粘聚力和内摩擦角都在不断增大。就粉粘土填料而言，似乎内摩擦角变化较为明显。

(2)通过对粘聚力c、内摩擦角φ、容重γ、坡高H和坡比m与路堤边坡稳定性的敏感分析表明，就粉粘土填料而言，内摩擦角φ和坡比m对边坡稳定系数影响较为敏感。

图5 边坡稳定性分析F s-m关系图

[1] 郑明新，马国正，赵升，等.彭湖高速公路路基施工沉降观测与变形规律研究阶段报告[R].南昌:华东交通大学，2009.

[2] 蒋金平，郑明新.合六高速公路膨胀土工程特性试验研究[J].华东交通大学学报，2008，25(1):7-11.

[3] 郑明新.滑坡防治工程效果的后评价方法研究[M].南京:河海大学出版社，2007.

[4] 向科，罗凤.分层铺设土工栅格高填方路堤的稳定性验算[J].铁道勘察，2005，31(2):47-49.

[5] 陈建峰，石振明，孙红.加筋路堤稳定性综合分析方法[J].岩土力学，2004，25(2):433-436.

[6] 陈祖煜.土质边坡稳定分析—原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社，2003.

[7] 赵春生，李安玉.高速公路高填路堤软土地基处理及高填路堤施工技术[J].四川水利发电，2009，28(6):14-17.