极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用

崔中良，张东方，姚艳领

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 四川恒盛路桥勘察设计有限公司，四川 攀枝花 617000)



极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用

崔中良1，张东方2，姚艳领1

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 四川恒盛路桥勘察设计有限公司，四川 攀枝花 617000)

根据边坡的工程地质条件、水文地质条件、工程条件等分析，确定边坡属于基本稳定状态。运用刚体极限平衡法，对一般工况和地震工况下边坡稳定性分析评价，得出一般工况边坡安全系数为1.394，地震工况下安全系数为1.330，显然在两种不同工况下，边坡处于稳定状态，与初步分析结果相同，从而证明极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用是可靠的，为以后研究类似工程运用此法提供帮助。

极限平衡法；岩质边坡；稳定性分析

边坡稳定性分析是岩土工程的经典问题，而极限平衡法又是经典中的经典[1-3]。这种方法以Mohr-Coulomb强度理论为基础，将滑坡体分成若干垂直土条，求解安全系数[4]。滨江大道(元亨段)靠山侧路基上边坡位于攀枝花市元亨建材城与滨江大道之间，因边坡中上部发生局部崩塌，导致坡顶挡墙基础前混凝土弃渣出现滑移，墙前基础与混凝土弃渣间纵向开缝明显，已危及坡下滨江大道上过往行车、行人的安全。因此，急需查明该段边坡的工程地质条件、地下水条件及不良地质作用等，并对场地稳定性、适宜性进行评价，为边坡病害整治措施提供依据。本文基于极限平衡法对边坡进行稳定性分析。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

场地属金沙江河谷谷坡地貌，金沙江河谷大致呈“V”字型。由于场地为市区，经工程建设活动后，已改变了原始地形，现状地形为台阶状。坡顶平台为元亨建材城，建筑物距坡顶前缘的距离约为6 m，坡脚为滨江大道，两者高差约21 m，台地间边坡坡度60(°)～70(°)，局部较陡。坡顶墙前被人工倾倒砼弃渣覆盖，坡面植被较发育。

1.2 地层与岩性

经地质测绘调查及钻探揭露，场地内主要分布第四系全新统人工填筑土、海西期辉长岩，其特征分述如下。

第四系全新统人工填筑土(Q4ml)：呈灰褐色、深灰色、黄褐色、红色，主要由砼路面结构层、建筑垃圾(弃砖)、墙后回填砂砾等组成。建筑垃圾(弃砖)、墙后回填砂砾、碎石及亚粘土稍湿，松散—稍密，碎块石含量为60%～70%，呈次棱角状、棱角状，粒径为10～80 mm。砼路面结构层、挡墙砌筑块石及砼基础，岩芯呈短柱状，挡墙砌筑块石间砂浆清晰可见。

海西期辉长岩(V43)：为海西期岩浆活动形成，基性浸入岩，灰至深灰色，主要矿物成分为辉石及斜长石，中粒结构，块状构造，强—中风化。坡面垮塌处风化强烈，节理裂隙发育，岩体完整程度为破碎，对应结构类型为碎裂状结构。钻孔揭露为中等风化，块状构造，岩体较完整。

1.3 区域地质构造及地震效应评价

区域内主要断裂呈南北向延伸，与康滇地轴的南北向延伸一致。其中以位于场地东侧约26 km的昔格达断裂最为重要，该断裂形成于晋宁期，历史上曾多次活动，是多期岩浆岩浸入的通道。昔格达断裂于九道沟(新九)以北分为东西两支，向南经昔格达、红格至拉鲊以南，区内长150 km，是攀枝花市区规模最大、地震活动最强的断裂，其总体走向呈南北，为压性断裂。早更新世时，该断裂作为边界对昔格达组沉积有明显的控制，并导致了昔格达组的变形。晚第四纪时断裂有明显的活动显示，特别是离场地最近的拉鲊—新九段为全新世活动段，并于1955年发生了6.7级地震。

虽然场地位于南北向地震带段，但场地附近区域未发生过7级以上地震。该边坡较陡，且坡顶前缘设有挡墙，其后坡顶平台最近建筑物距坡顶前缘挡墙约6 m，边坡中上部的岩质坡面已发生局部崩塌，因此判定该场地为不利地段且场地类型为Ⅱ类场地。

1.4 水文地质条件

地表水：区域内最大水体为金沙江，江面宽度近200 m，水深流急，多漩涡，年平均流量1 690 m3/s，水量随枯、丰水期变化大。一般枯水期在2～5月，月平均流量460～500 m3/s，丰水期在7～10月，平均流量比枯水期大6～12倍，雨季输沙量达4 000～5 500 kg/s；金沙江在该段枯水期水位标高约980～983 m，丰水期水位标高可达994 m，枯、丰水期水位标高相差十余米。

地下水：场地中，在勘察钻孔的深度内均未见有地下水分布，钻孔内填土范围内有少量的上层滞水，为填土层中的孔隙水，受大气降雨及坡上生活用水补给，水量小。

1.5 不良地质作用

边坡中上部发生小型崩塌，其特征描述如下：崩塌区位于边坡中上部，其距下方滨江大道高度约为10 m，崩塌范围长约17 m，高约0.5～5 m，立面呈凸弧状，崩塌体方量约为30 m3，坡顶挡墙墙脚前砼弃渣层出现约8 cm滑移裂缝。造成崩塌的主要原因为：崩塌范围属强风化辉长岩，节理裂隙很发育，且发育有顺坡节理，岩体被多组节理切割成碎裂结构；同时滨江大道修建时，边坡开挖的放坡太陡，强风化辉长岩在长期外部及内部地质因素影响及作用下，导致欠稳定的岩体部分沿软弱结构面向下滑塌。滑塌后造成坡顶挡墙墙脚前砼弃渣层出现临空面，失去部分支撑，故而下滑产生裂缝。

2 边坡稳定性分析与评价

边坡稳定性分析评价在查明工程地质、水文地质条件的基础上，根据边坡岩土工程条件，采用定性分析和定量分析相结合的方法进行。

2.1 定性分析

综合边坡的工程地质条件、水文地质条件、工程条件等分析，该边坡目前的稳定状态为基本稳定。因强风化辉长岩，节理裂隙很发育，且发育有顺坡节理，岩体被多组节理切割成碎裂结构，故而边坡中上部局部小范围发生了崩塌。

2.2 计算分析

计算简图见图1。

图1 计算简图

表1为坡线参数表。

表1 坡线参数表

表2为岩层参数及控制界面参数表。

表2 岩层参数及控制界面参数

一般工况下计算条件：边坡高度20.350 m，结构面倾角35.0(°)，结构面粘聚力40.0 kPa，结构面内摩擦角33.0(°)，张裂隙离坡顶距离0.000 m。运用极限平衡法得出的计算结果如下：岩体重量为3 246.9 kN，结构面上正压力为2 659.7 kN，总下滑力为1 862.3 kN，总抗滑力为2 595.4 kN，安全系数为1.394。

地震工况下计算条件：地震加速度系数0.100，地震作用综合系数0.250，抗震重要性系数1.000，边坡高度20.350 m，结构面倾角35.0(°)，结构面粘聚力40.0 kPa，结构面内摩擦角33.0(°)。运用极限平衡法得出的计算结果如下：岩体重量为3 246.9 kN，结构面上正压力为2 613.1 kN，总下滑力为1 928.8 kN，总抗滑力为2 565.2 kN，安全系数为1.330。

综上所述：一般工况下，边坡的整体稳定计算安全系数Fs=1.394；地震工况下，边坡的整体稳定计算安全系数Fs=1.33。边坡工程安全等级为二级，且永久边坡一般工况最小安全系数Fst≥1.3，地震工况下最小安全系数Fst≥1.1[5]。从区域地质构造特征、历史地震背景、不良地质作用等分析，拟建场地属抗震不利地段、场地类别为Ⅱ类，区域稳定性良好、场地稳定性较差，基本适宜本工程的建设。拟建场区位于抗震设防烈度7度区内，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.1 g，设计特征周期为 0.40 s，建筑场地类别为Ⅱ类。经定性和定量分析，该边坡整体稳定，局部欠稳定，出现小范围崩塌。

4 结 语

极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用是可靠的，为以后研究类似工程运用此法提供帮助。经定性和定量分析，该边坡整体稳定，局部欠稳定，出现小范围崩塌。坡顶混凝土弃渣覆盖层失稳迹象明显，建议清除。外露强风化边坡坡面建议采取锚喷防护，崩塌范围建议采取土钉墙或锚杆挡墙等永久支护措施进行防护。

[1] 许新权, 郑南翔, 吴传海, 等. 基于模糊理论的沥青路面结构优选[J]. 中外公路, 2009, 29(4): 66-69.

[2] 张爱玲, 蒋岚, 成波. 基于ANSYS的结构优化设计方法[J]. 四川建筑, 2009, 29(3): 146-147.

[3] 王新忠, 薛小刚, 李宁利, 等. 基于极限平衡法的机场高填方边坡稳定性分析研究[J]. 河北工业大学学报, 2014, 43(4): 89-93.

[4] 黄梦宏, 丁桦. 边坡稳定性分析极限平衡法的简化条件[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(12): 2529-2536.

[5] 张天宝. 土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计[M]. 成都: 成都科技大学出版社, 1987.

The Application of the Limit Equilibrium Method in Slope Stability Analysis

CUI Zhongliang1, ZHANG Dongfang2,YAO Yanling1

(1.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.SichuanHengshengRoad&BridgeSurveyandDesignCo.Ltd.,Panzhihua,Sichuan617000,China)

According to the engineering geological conditions, we know hydro geological conditions and engineering conditions of the slope is basically stable. Using rigid body limit equilibrium method for slope stability analysis, we made an evaluation under the general condition and seismic conditions to obtain the slope safety factor. It is 1.394 under the general condition and the safety coefficient is 1.330 under the earthquake. Apparently, under two different conditions, the slope is steady and the consequent is same as the preliminary analysis result, which proved the limit equilibrium method in slope stability analysis, as is reliable to help for later research similar project by using this method.

Limit equilibrium method; Rock slope; Stability analysis

2016-08-05

崔中良(1990-)，男， 河南安阳人，在读硕士研究生，研究方向：成矿规律与找矿预测，手机：18468068820，E-mail：18468068820@163.com.

TD854.6

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.047