公路滑坡稳定性分析及治理方案设计.pdf

1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-03-06作者简介：王岩（1989），男，河北雄县人，工程师，研究方向为路基工程。公路滑坡稳定性分析及治理方案设计王岩（保定市保通公路勘测设计有限责任公司，河北 保定 071000）摘要：为减少公路滑坡等地质灾害，结合工程实例，首先分析了该公路滑坡的地质概况；然后对公路滑坡稳定性分析方案进行比选，决定采用有限元强度折减法对该公路滑坡稳定性进行分析；最后提出了相应的滑坡治理方案。结果表明：该公路边坡稳定性分析方法科学有效，治理方案合理，确保了公路边坡的稳定，降低了滑坡治理成本。关键词：公路滑坡；稳定性；抗滑桩；安全性；有限元强度折减法中图分类号

2、：U416.14文献标识码：B0 引言滑坡是指岩土体受重力作用沿一定的滑面滑动的自然现象。滑坡主要发生在丘陵和山区，在这些地区，随着公路建设规模的不断扩大，滑坡和泥石流等地质灾害频发，而滑坡作为一种特殊地质灾害，其破坏模式不同于其他地质灾害，需要根据其特点进行相应分析。为此，本文将对公路滑坡稳定性进行分析，并提出相应的治理方案，以期为保障公路建设及运营安全提供参考。1 工程概况1.1 滑坡概况受长期降雨的影响，某省道K52+400K52+500段产生山体滑坡，主滑坡体段长度约为100 m。路线右侧下方为某水库，左侧上方为居民平台，居民东侧、南侧分别有一深冲沟，于省道线右侧交汇，流入该水库。根据

3、地质勘查报告，滑坡面积约为17 944 m2，厚度平均为15.5 m，属中层滑坡，滑坡体体积约为278 132 m，属中型滑坡。滑坡体平面上呈椭圆形，滑坡体西侧、南侧和东侧的边界均为冲沟，北部边界进入北侧山坡，滑坡后缘裂隙明显。地勘资料和工程地质调绘揭露，滑坡岩土体主要岩性为闪长岩，节理裂隙较发育，岩体破碎，砂岩产状为 1352853358，岩层外倾，基本呈顺层走势。1.2 滑坡地质概况1）素填土灰黄色为主，稍湿，由黏性土和少量碎石堆填而成，堆填时间较久，未压实，局部压实。层顶埋深0.00 m，层底埋深 0.607.20 m，层厚 0.007.20 m。标准贯入试验3次，击数为2.93.9击，

4、平均值为3.5击。2）粉质黏土灰黄色或砖红色，可塑，中压缩性，土质较均匀。层顶埋深 0.000.80 m，层底埋深 4.708.50 m，层厚0.008.50 m。标准贯入试验 3 次，击数为 5.78.6 击，平 均 值 为 7.2 击。地 基 承 载 力 基 本 容 许 值 建 议 取180 kPa。3）砂质黏性土、黏性土灰黄色，湿，可塑，为闪长岩风化残积土，遇水易软化崩解。层顶埋深为 0.008.50 m，层底埋深为3.8019.40 m，层厚为 0.0018.50 m。标准贯入试验 16次，击数为 7.027.0 击，平均值为 17.0 击，标准值为16.9击。地基承载力基本容许值建议

5、为200 kPa。4）全风化闪长岩灰黄色为主的杂色，岩石风化强烈，岩芯呈土柱状，原岩结构清晰可辨，遇水易软化崩解。层顶埋深为 3.8019.40 m，层底埋深为 5.1021.00 m，层厚为0.005.50 m。标准贯入试验4次，击数为35.337.6击，平均值为 36.3 击。地基承载力基本容许值建议为400 kPa。5）强风化闪长岩灰黄色、灰色，岩石风化强烈，上部岩芯呈半岩半土状、碎屑状，下部岩芯呈碎块状。层顶埋深为5.1021.00 m，层底埋深为6.1024.70 m，层厚为0.708.80 m。标准贯入试验3次，击数为42.945.3击，平均值为43.8击，本层取土样1件。地基承载

6、力基本容许值建议为800 kPa。6）中风化闪长岩灰色，细粒结构，块状构造，岩石坚硬，难击碎，裂隙稍发育，岩芯较完整，呈短柱状、长柱状为主。场地所有钻孔均有揭露，层顶埋深为 12.2025.10 m，89总659期2023年第29期（10月 中）层底未揭穿，揭露厚度为 6.3020.90 m。岩体完整程度 属较完整，岩石地基承载力基本容许值建议为3 000 kPa。2 公路边坡稳定性分析方案比选公路边坡稳定性分析是根据滑坡治理设计要求和不同边坡类型所选取的一种稳定性计算方法。目前滑坡稳定分析方法主要有：极限平衡法、有限元强度折减法、数值模拟法和极限平衡法等，这些方法在理论研究和工程应用方面都取

7、得了一定进展。极限平衡法主要应用于岩质边坡，研究滑坡机理及变形破坏规律；数值模拟法是目前为止比较成熟、实用的用于岩质边坡稳定性研究的一种方法；有限元强度折减法主要应用于土质边坡稳定性分析，主要针对岩质边坡的稳定分析。有限元法是近年来发展起来的一种新方法，其基本原理是将连续介质模型离散为一个个小单元体，对每个单元体进行力学分析。结合该公路滑坡地质概况，决定在该公路滑坡稳定性分析中选择有限元强度折减法进行分析。3 有限元强度折减法原理有限元强度折减法是利用折减系数的变化来模拟滑坡的稳定性，当计算模型的某一部位受力达到极限状态时，对应的折减系数自动失效，此时该部位也就处于极限状态，可为滑坡稳定性计算

8、提供依据。对于模拟滑坡失稳状态和失稳过程，强度折减法计算结果更为准确。采用有限元法模拟边坡稳定性是基于以下几点：1）有限元分析法可通过建立模型并进行参数识别，从而确定不同物理力学参数对边坡稳定性的影响；2）利用有限元强度折减法对不同坡度和坡高条件下的滑坡稳定性进行研究；3）不同计算模型、计算参数及荷载组合形式会对计算结果造成影响。4 公路滑坡稳定性分析4.1 物理力学参数的选取公路滑坡稳定性分析与坡体的物理力学参数选取有重要关系。通过工程地质调绘、钻探及相关的试验，结合地方工程经验，综合考虑并选取了岩体的相关物理力学参数。本次数值计算主要采用的土体物理力学参数为弹性模量、泊松比、湿重度、饱和容

9、重、黏聚力和内摩擦角及静止侧压力系数，计算采用的物理力学参数取值见表1。表1 计算采用的物理力学参数取值地层序号岩土（材料）名称素填土粉质黏土黏性土全风化岩强风化岩中风化岩钢筋石笼回填土挡墙抗滑桩本构模型莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑莫尔-库仑线弹性线弹性弹性模量/MPa1030501101505 0005 0006028E33.1E4泊松比0.350.300.30.280.260.220.20.350.20.2湿重度/（kN/m3）18.817.818.61820.502222202325饱和容重/（kN/m3）201920.52122.5024.03

10、2321黏聚力/kPa8.429.413.7283518035030内摩擦角/1412.416.72530334040静止侧压力系数0.400.350.30.300.250.280.180.35备注表层浅层深层深层半岩半土破碎石笼碎石土C20混凝土C30混凝土4.2 模型建立根据地质勘查资料分析计算显示 5-5 断面（即K2330+159 断面）为最不利断面，故取计算断面为K52+460，坡面线中上部以垂直等高线取断面。新改线路基填方边坡共3级，坡率均为11.5，平台宽均为2 m。第1级采用三维网喷播植草防护，第2、3级边坡采用钢筋石笼进行回填，新旧路基间采用普通土填平，整个路基及填平区构成一

11、个系统的反压回填防护。在原路上边坡脚（抗滑桩中心线）设置单排抗滑桩，桩径为1.5 m，桩顶距路面3 m，桩间距5 m，桩间设置0.3 m厚C30钢筋混凝土挡土板；桩端嵌入中风化层大于2D，桩端支承为自由。根据以上结果，采用FLAC3D进行边坡建模，建立的模型结构如图1所示。4.3 稳定性分析最不利暴雨工况下，滑坡安全系数为0.975，表明村道旧路新路石笼抗滑桩图1 模型结构90交通世界TRANSPOWORLD滑坡处于不稳定状态。潜在滑动面有3处：第1处位于旧路的填方边坡上，结合地质勘查报告分析，该处应为沿着半填半挖交界面滑移；第 2处位于村道下边坡上，由于旧路产生滑移，失去稳定，带动村道下边坡

12、向下滑移，属牵引式滑坡；第3处位于村道上方的平台上，旧路省道和村道下边坡失稳后，造成村道上方平台处于边坡失稳状态，属牵引式滑坡。5 治理方案设计滑坡治理措施分为以下几种：坡脚反压、削方减载、抗滑支挡并理顺排水。本文提出3种设计思路：一是坡脚反压回填；二是以清方减载为主，配合坡脚挡墙治理，全部清除滑体；三是以抗滑支挡为主，坡面施加框架锚索并适当清方，强支挡保证边坡稳定性。由于该公路临近通车，要求施工工期短且方案具有足够的安全性、经济性，最终采用清方减载方案，因此，部分路段设计方案如下：边坡第1级采用4 m上挡墙支挡；第2级维持原设计坡率 1 1，高6 m，平台宽 8 m，坡面采用拱形骨架防护；第

13、 3 级坡率为 1 2，本级高度为10 m，平台宽8 m，坡面采用拱形骨架防护；第 4 级坡率为 1 2，本级高度为 10 m，平台宽 5 m，坡面采用拱形骨架防护；第5级坡率为1 2，本级高度为10 m，平台宽为5 m，坡面采用喷植草灌（不挂网）防护；第6级坡率为1 2，坡面采用喷植草灌（不挂网）防护。另外，对旧路下滑坡采用较为经济、安全的反压回填方案，安全系数为1.075，整个边坡处于欠稳定状态。通过图2最大剪切应变云图明显可以看出，最大剪切应变下降一个数量级，旧路已处于稳定状态，但村道上方平台仍处于不稳定状态。这说明村道下边坡土体已产生松动，必须对其进行处治。通过对该村道下边坡采用挡土墙

14、和抗滑桩进行模拟分析计算，决定采用相对经济、安全的抗滑桩方案。通过采用该方案，暴雨工况计算边坡安全系数为1.225，满足规范要求，加固后边坡处于稳定安全状态。6 结论通过以上分析可得出以下结论。1）本文借助有限元数值模拟软件对公路边坡进行快速、科学的建模，基于有限元强度折减法对公路滑坡进行了数值计算，根据最大剪切应变云图，分析出潜在滑动面。2）依据有限元分析计算结果，评价了暴雨工况下滑坡的稳定性。滑坡安全稳定系数为0.975，处于不稳定状态，与实际情况相符，需要对该滑坡进行加固处理。3）根据稳定性分析结果，同时结合工程地质情况，采用反压回填、清方减载、抗滑桩等措施，处理后的滑坡安全稳定系数达到

15、了 1.225，滑坡处于稳定状态。说明反压回填、清方减载、抗滑桩等方案可以提高边坡的稳定性。该工法可为类似的工程提供参考。参考文献：1 杨群，谢立广，沈习文.某复建公路滑坡成因机制分析及稳定性评价J.山西建筑，2022，48（24）：148-150，154.2 曹汝鼎，倪振强.某牵引式公路滑坡形成机理及稳定性分析J.价值工程，2022，41（25）：166-168.3 高攀，陈宇，郑哲文，等.洪瓦公路赵河场口滑坡稳定性分析及治理方案研究J.四川地质学报，2021，41（S1）：138-142.4 石广源，林锋，朱小申，等.湖州市某公路滑坡体稳定性分析与治理J.甘肃水利水电技术，2020，56（

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