土岩混合边坡的稳定性分析方法的选择

土岩混合边坡的稳定性分析方法的选择

向斌李猛

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，361015）

【摘要】结合某工程实例，对土岩混合边坡的稳定性分析方法进行了选择，分别计算了土质边坡、岩质边坡的稳定性，综合评定边坡稳定性，然后采取针对性措施。

【关键词】土质边坡；岩质边坡；稳定性安全系数；挡土墙

【Keyword】SoilslopeRockslopeStabilitysafetyfactorRetainingwall

1．前言：

边坡根据其组成物质分为土质边坡、岩质边坡及土岩混合边坡，其破坏形态有显著差异，因此计算方法也不尽相同，大量实践证明、土质边坡的破坏面都接近于圆弧形，因此通常采用瑞典条分法、毕肖普条分法（bishop）等计算边坡稳定性；而岩体中往往存在软弱结构面，岩质边坡多沿着某个或某几个软弱结构面滑动，因此采用折线滑动法、三维楔形体法等计算边坡稳定性。

而对于土岩混合边坡的整体稳定性分析，有可能发生土体沿岩层顶面滑动，也可能发生土、岩体沿深层软弱结构面滑动，因此不能采用单一的计算方法来评定边坡的整体稳定性。本文结合某工程土岩混合边坡实例，对上层土质边坡及下层岩质边坡分别选择了计算方法并进行了计算，根据计算结果综合评定了边坡稳定性。

2．计算方法的选择与比较

对于土质边坡，常用的瑞典条分法，亦称简单条分法，将圆弧滑动土体竖直条分后，忽略土体之间的作用力进行计算求得整体圆弧滑动的安全系数。此方法计算简单，但由于因忽略了土条之间的作用力，计算安全系数偏小。

而毕肖普（bishop）条分法将土坡竖直条分后，用抗滑剪切力与土条的下滑力的比值定义安全系数，其仍然基于滑动面为一圆弧这一前提，考虑了土条两侧的作用力，计算结果比较合理，被工程界普遍采用。

对于单结构面外倾岩质边坡，多采用折线滑动法计算其稳定性；对于两组或多组结构面的交线倾向于临空面的岩质边坡，可采用三维楔形体分割法计算其下滑力。本工程为上层土质边坡、下层岩质边坡，且主要由单层外倾结构面控制，因此采用折线滑动法。

通过各计算方法比较，本文采用毕肖普（bishop）条分法、折线滑动法计算某工程实例中的土岩混合边坡稳定性系数，评价其安全稳定性。

3．某土岩混合边坡设计整体稳定性分析实例

3.1工程概况：

某工程因现状地形起伏大，场平后多个地块四周形成高度不一的边坡，除了部分高陡边坡采用锚杆支护外，大部分边坡拟采用重力式挡土墙支护，挡墙高度多为8~12米。且部分挡墙位于山坡上，墙后边坡与现状山坡形成土岩混合边坡。且坡高一般为7～30m，坡顶及坡脚拟规划作为道路、资源回收整理集散中心、工业固废及医疗垃圾处理厂或工业危废焚烧厂等用地，属较重要建筑物，破坏后果很严重。据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）第1.0.4条及第3.2.2条规定，边坡安全等级按一级考虑。本文选取某典型段挡土墙支护边坡进行稳定性分析计算。

3.2计算模型及软件选取

选取本工程某典型段坡面，坡脚采用挡土墙支护，由于大部分挡土墙位于山坡上，除了要考虑墙后边坡的稳定性外，还要考虑挡土墙基础跟随山坡土体一起滑动失稳的可能性。因此模型边界选取的应包含挡土墙前、后整个坡面的土体，典型断面计算模型如图1所示：

图1典型断面挡土墙边坡计算剖面图

计算软件选择：常用理正边坡计算软件：土质边坡计算模型中，只考虑了倾斜的土层，不能模拟挡土墙，因此不能准确评价挡土墙基础与整个土层滑动的情况；岩质边坡计算模型中，结构面只能位于临空面，与实际情况有出入，两计算模型都有一定的局限性；而且同一边坡需分别建模，也比较繁琐。本文选用一款评价土质或岩质边坡安全系数二维极限平衡软件slide，对于土岩混合边坡只需要建立同一模型，采用不同的计算方法即可得到不同的稳定性安全系数，而且可以输入包含浆砌石挡土墙在内多种岩土层边界及计算参数。

3.3岩土参数的选择

根据本工程提供的地质勘察报告，选取岩土计算参数如表1所示：

表1岩、土体计算参数

参数选取说明：粉质粘土②及残积砂质粘性土③在雨季（尤其台风暴雨期间）可能会因地下水上升，使土层处于饱和状态，且残积土③属特殊性土，具有泡水易软化使强度降低的不良特性，故边坡稳定性验算时应按最不利条件考虑，选用了饱和快剪指标。

全风化花岗岩④、强风化花岗岩⑤1节理、裂隙发育，岩体极破碎，具有浸水易软化使强度降低的特性，属极软岩，本文亦按土层考虑。边坡稳定性验算时也采用饱和快剪指标。

根据本工程地勘，墙后回填土就地取材，可采用碎石类土回填并分层夯实，填料内摩擦角不小于35°。浆砌石挡土墙抗剪强度参数取值无实验数据，因此只能根据莫尔-库伦公式[4]推导及工程经验综合确定，具体参数详表1所示。

3.4计算结果

根据选取参数，建立边坡模型，选取自然工况、暴雨工况及地震工况分别计算其安全系数，计算结果如表2所示，搜索的最危险滑裂面详图1所示。

表2典型断面边坡稳定性计算结果

由表2计算结果可知，下层岩质边坡各工况下安全系数大于1.300，满足规范要求；上层土质边坡地震工况下安全系数小于1.300，但大于1.05，处于基本稳定状态，根据计算结果，需对上层土质边坡加强防护。上层土质边坡滑裂面贯穿墙后回填土，因此设计中针对性的采取了防护措施：首先要求回填土采用碎石类土，综合内摩擦角不小于35°，分层压实，压实系数不小于0.94；其次坡体内预埋泄水管，深入土体内不小于5m，纵横间距2.0m；最后坡顶设置截水沟，坡底设置排水沟，坡面采用浆砌片石骨架植物护坡。采取这些措施，可确保土质边坡的稳定安全。

结论：

根据以上分析，对于土岩混合边坡应分别计算土质边坡及岩质边坡的稳定性，分别确定最危险滑裂面，根据各自计算结果综合分析，才能采取针对性防治措施。当然计算过程中，模型范围的选取，岩土参数的取值也尤为重要，应尽可能的模拟实际情况，又能留有一定安全余量。

本文对于边坡滑动都简化为平面问题进行计算，而实际上滑坡体可能是楔形体或更复杂的多面体，因此二维方法有一定的局限性，但可作为评估边坡稳定性的重要参考。

参考文献：

[1]GB50330-2002建筑边坡工程技术规范

[2]GB50007-2011建筑地基基础设计规范

[3]DL/T5353-2006水利水电工程边坡设计规范

[4]土力学（第三版）中国建筑工业出版社

[5]刘佑荣唐辉明，岩体力学，化学工业出版社