赣南地区泥灰岩路堑边坡稳定性分析

蔡建中，章 勇，周诚华，黄小彬

(南昌市政公用投资控股有限责任公司 工程项目管理分公司，江西 南昌 330000)

1 工程地质特征

研究坡段由三层岩土组成，最上层为棕红色黏土，结构松散，层厚为0.5～5.0 m不等，具有湿化性、裂隙性和膨胀性，遇水湿陷，产生裂隙，是表层滑动的主要物质;第二层主要为白色～灰白色的黏土，由泥灰岩风化而成，呈鳞片状，手感黏滑，结构松散，具有膨胀性，埋深差距大，在3～10 m左右不等，是山体滑坡的主滑动带;第三层主要为泥灰岩以及泥灰岩和石灰岩互层，呈灰白～灰黑色，层理较为发育，呈薄片状及鳞片状，泥灰岩炭质成分较高，可见云母碎片，手感滑腻，层理倾角很陡，地表水极易浸入，形成滑动面，产生断裂或滑坍。

2 边坡土工程性质试验研究

2.1 试验成果

1)物质组成

该边坡构成滑动物质条件的土主要为泥灰岩风化而呈白色～灰白色的黏土，具有一定的膨胀性，但是从表面看不具备典型的膨胀土外表特征，其矿物组成成分利用X射线衍射仪进行分析，其结果见表1。

表1 X射线衍射结果 %

2)基本物理力学性质

白色 ～灰白色的黏土基本物理性质，液限76.5%，塑限 39.9%，塑性指数 36.6，天然含水量38%，天然重度17.2 kN/m3，孔隙比1.13。

3)白～灰白风化泥灰岩力学性质(见表2)

表2 抗剪强度试验成果

2.2 试验分析

从试验的结果看，路堑边坡土不属于典型的膨胀土，是泥灰岩的全风化物，由于其含有一定量的蒙脱石或伊利石使之具有一定的膨胀性，同时也是抗剪强度较低的主要原因之一，另外，该处泥灰岩全风化物具有较高的液限与塑限指数，导致其强度变化受含水量变化的影响较大，加之颗粒均匀且细，呈流塑状态，进而导致边坡在失去原有的平衡以后失稳，出现大面积的坍滑。总之，矿物含量是其强度低、呈流塑状的内在原因。

3 边坡稳定性分析

由于该处路堑边坡在施工的过程中出现了多次大规模的坍滑，造成了一定的经济损失，在施工过程中对其采取了刷方减载、设置排水渗沟以及其它的支挡防护措施，基本维持了边坡的稳定，但是，由于该处边坡土质特殊性，并且处理以后边坡高度仍较高，出现坍滑的可能性依然存在，可能威胁道路的正常运营。极有必要对其防治后的边坡进行稳定性评判，为以后类似工程的设计与施工提供一定的理论支持。

由于该处边坡土质抗剪强度极低，并且在施工过程中已经滑动过，故此在对其目前的应力状态以及潜在滑动面的稳定性进行分析时均采用残余强度指标。

图1 K411+080—K411+175区段典型断面潜在滑动面示意

1)分析资料

根据勘测资料绘制，边坡典型的横断面见图1。

2)分析方法

根据边坡勘测资料，选择岩层分界面以及边坡后缘裂缝进行组合确定潜在滑动面，共认为确定4条滑动面(图2)，同时用边坡稳定性分析软件，采用遗传算法自动收缩圆弧滑动面，共计5条滑动面，并且对每条滑动面均进行了 Boship法、Janbu法等稳定安全系数的检算，同时对一定安全系数情况下的剩余下滑力进行了计算(见表3)。由于边坡开挖以后本段地下水位较低，故此没有考虑地下水位高低对边坡稳性的影响，但是，鉴于边坡在施工期间曾经发生过滑动，故在对滑动面I进行计算时强度指标采用残余强度指标，同时针对边坡土特殊的特性，对其强度指标进行了折减。

图2 计算模式及其滑动面位置

表3 边坡稳定性检算结果

3)分析成果

根据建筑边坡工程技术规范 GB 50330—2002:24～25条之规定，边坡工程稳定性验算时，其稳定性系数应满足规定的稳定安全系数的要求，否则应对边坡进行处理。对地质条件很复杂或破坏后果极严重的边坡工程，其稳定安全系数宜适当提高。

根据以上分析成果，考虑各种可能潜在滑动面的组合，在没有考虑气候等因素的影响下，边坡的稳定性满足规范规定的安全系数的要求，表明边坡不存在深层滑动的可能，但山体顶部存在局部滑动的可能，表明在施工过程中采取的防护措施比较合理，但是针对山体顶部的特殊膨胀土体应采取更进一步的防护措施。

4 边坡应力状态及其位移变形有限元分析

现以K411+053—K411+455段右侧路堑膨胀土滑坡为例，用 K411+100典型断面为例，通过对未开挖原始地面，拟用1∶1.25的边坡坡率开挖和采取的防护措施与刷方减载治理后等三种不同工况下数值模拟分析对比进行说明，简要介绍如下:

K411+053—K411+455段右侧路堑膨胀土滑坡坡高约30 m，有4级台阶，第1级采用挡土墙，第2，3，4级边坡采用的是护面墙，其施工工艺与 K507+700—K507+753滑坡相同，采用有限元模拟治理效果。

参数及计算模型见表4、图3～图8。

表4 计算参数表

图3 开挖前有限元计算网格

图4 开挖前有限元分析总位移云图(单位:m)

图5 拟开挖后有限元分析位移云图(单位:m)

图6 整治后有限元分析位移云图(单位:m)

综合上述几种情况的对比分析可知，拟用设计1∶1.25坡率开挖形成路基面，并且在没有考虑地下水影响的情况下，其局部最大位移可以达到20 cm，加之此地段膨胀土特性，施工工程中出现局部乃至大规模滑坍不是没有道理的，而经过刷方减载以及其它有力的防护与防治地下水的措施治理后的边坡稳定性较好，线路侧自由坡面上有限元分析节点位移仅1 mm，不会出现边坡失稳的现象，甚至比天然状态下的最大节点位移都小，同时运营期间边坡没有出现进一步滑动的趋势，也就进一步说明对膨胀土边坡整治措施比较合理，也说明数值模拟不失为一种边坡稳定性分析校核的好方法。

图7 开挖后自由坡面节点位移曲线

图8 整治后自由坡面节点位移曲线

5 结论

该边坡失稳的主要原因为全风化泥灰岩特殊的物理力学特性所致，根据极限平衡法和有限元分析结果，采取不变坡率形式开挖施工过程中会失稳，采取多级边坡加支撑渗沟的形式是合适的。

［1］刘翠容，孔德惠.人工渠道水位下降速率对路堤边坡稳定的影响［J］.铁道建筑，2011(7):102-103.

［2］卢达.基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析［J］.铁道建筑，2010(11):69-71.

［3］刘育田，刘俊新.降雨入渗对路堤边坡稳定性研究［J］.铁道建筑，2009(8):88-92.

［4］冯思归，梁明学.金温铁路K202工点边坡稳定性分析［J］.铁道建筑，2009(4):93-95.

［5］江凌，邹军贤，刘小文.隧洞进口边坡稳定性分析［J］.铁道建筑，2008(10):35-37.