双聚材料对边坡稳定性影响分析

鲜丽菊，马莲霞，马振斌，仲小玲，陈　芳

（1.新疆交通建设集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐830016；2.新疆华天工程建设股份有限公司，新疆乌鲁木齐830011）

双聚材料对边坡稳定性影响分析

鲜丽菊1，马莲霞1，马振斌2，仲小玲1，陈芳1

（1.新疆交通建设集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐830016；2.新疆华天工程建设股份有限公司，新疆乌鲁木齐830011）

文章基于新疆阿勒泰市吉木乃县至吉木乃口岸一级公路建设项目中的边坡失稳问题，利用简化Janbu法、Sarma法、传递系数法和一般条分法综合分析了双聚材料对边坡稳定性的影响，结果显示：使用双聚材料处理后的边坡表面稳定性增强。

边坡；加固；双聚材料；稳定性

1　研究区概况

新疆阿勒泰市吉木乃县至吉木乃口岸一级公路建设项目，是吉木乃县与哈国边境城市往来的重要纽带。K16段公路边坡由于特殊的气候条件和土壤性质，发生了多次较大方量崩塌，堵塞施工干线，严重影响施工进度，在设计单位两次设计变更后仍无法保证施工顺利进行，边坡变形仍在加剧。为了保证公路边坡稳定并降低工程造价，也为了避免过度开采并减少对生态环境的破坏，在该段边坡采用成都理工大学裴向军教授自主研发的双聚材料作为应用示范，该材料掺入土壤中增强颗粒间粘结力，提高土壤抗冲刷侵蚀的能力，材料掺入土壤后，在颗粒间形成网格，减小孔隙体积，减弱土壤中水分的蒸发，具有较好的保水性；属于无毒、耐酸碱、易溶于水的化工制品，按一定浓度稀释后呈胶水状，具有一定强度的粘接力，抗拉性能良好、可伸展度较大；可作为土壤改良剂，能显著改善土壤抗渗、抗冻性能，提高其强度和耐久性；可就地取材，方便施工，节约成本，节省工期，形成长久防护，产生一系列的间接效益。双聚材料属于技术新颖、长期有效且环保无污染公路边坡土体防渗固化新材料。双聚材料已于2010年在乌鲁木齐至阜康高速公路K5+500～K18+350段卵砾石层和K18+350～K58+800段粉土层选取5段代表性地段开展应用，本研究分析了该材料对边坡稳定性的影响。

边坡位于吉木乃-吉木乃口岸方向左侧，边坡相对高差27 m，长度50 m，主要为松散粉砂土、细砂。现场调查显示，由于原始边坡（1∶1开挖）在天然状态下处于基本稳定状态，在降雨条件下失稳破坏，在滑动变形破坏过程中，土体结构遭到破坏，变更设计，采用1∶1.5分级放坡的形式，总共分三级，分级高度从底往上依次为：5.0 m、5.0 m、7.0 m，两级之间布设马道，宽2.0 m。图1为边坡实测剖面图。

图1　边坡实测剖面

2　研究方法

本次计算主要基于野外实地调查进行，岩土体参数主要结合工程经验和反算法得出。表1为常用的块体极限平衡计算方法。本次整体稳定性计算，滑体为松散堆积体，可近似为均值结构，滑面可近似为圆弧形。拟采用自动搜索滑面的方法进行计算。初步的计算分析拟采用应用较广泛的简化Janbu法、Sarma法、传递系数法、一般条分法，这4种计算方法均适合不规则滑面边坡稳定性分析。

表1　极限平衡法各种方法比较

本次二维稳定性计算，主要依据极限平衡理论，采用以上4种方法，结合slide软件进行稳定性计算。由于堆积体较松散，成分主要为砂土，粘粒含量较低，透水性较好。在降雨工况下，将使抗剪强度减低，水的影响采用强度折减法进行考虑。

3　加固前边坡稳定性计算

通过现场调查判定，现状条件下坡体稳定性相对较好，在天然工况下处于基本稳定状态-稳定状态（K=1.15-1.20），暴雨情况下，稳定性较差，处于欠稳定-基本稳定状态（K=1.05-1.15），仍存在失稳破坏的可能。基于其现状稳定性，结合工程经验，进行土体强度参数反演。参考《工程地质手册-第四版》砂土经验值，边坡土体参数拟取值如下：

天然状态：γ=20.0 kN/m3，φ=26.0°，c=4.5 kPa；

降雨条件：γ=21.5 kN/m3，φ=24.5°，c=3.4 kPa。

采取1∶1.5的放坡形式将计算剖面优化后，其剖面图如图2所示。

选择Bishop、Janbu、ordinary三种计算方法所得的运算结果综合评价，计算结果如表2和图3所示。

图2　放坡后断面

表2　加固前边坡稳定性系数

图3　加固前天然计算模型

由表2可知，在天然情况下，坡体整体稳定性较好，处于基本稳定-稳定状态；但在降雨条件下，降雨入渗，对土体浸泡软化，抗剪强度降低，再加上渗透作用的影响，坡体稳定性明显降低，处于欠稳定状态下，接近极限平衡状态。这与边坡实际稳定性分析状态相符，可见参数取值较为可靠。由于坡体开挖后，局部已出现滑塌现象，基于以上参数条件，现采用slide软件自动搜索的方法，对坡体局部稳定性进行计算。计算结果见表3和图4。

表3　加固前局部边坡稳定性系数

图4　加固前局部稳定性

坡体为似均值材料，采用自动搜索危险滑面发现，局部最危险滑面出现在第二级坡体，该级坡体最高h=7.0 m。其在天然状态下，处于基本稳定状态；暴雨工况下，在雨水的浸泡软化和渗流力的作用下，稳定性降低，处于欠稳定-基本稳定状态。

4　加固后边坡稳定性计算

鉴于边坡发生的变形情况，为保证坡体局部稳定性，建议对坡表进行双聚材料加固土铺设结合植草护坡等处理技术，保证公路运营安全。边坡加固后，双聚材料较好地发挥其防渗性，经室内冲刷试验得到结论，暴雨工况下加固层10 cm深处含水量仅增加约0.76%，示范区铺设厚度达到15 cm，可以近似认为材料加固层就是一层隔水层，暴雨工况下对下伏土体强度影响不大。结合《工程地质手册-第四版》砂土经验值，天然土层及加固层参数拟取值如下：

天然土层：

天然状态：γ=20.0 kN/m3，φ=26°，c=4.5 kPa；

降雨条件：γ=20.0 kN/m3，φ=26°，c=4.5 kPa。

加固层：

天然状态：γ=20.0 kN/m3，φ=45°，c=114 kPa；

降雨条件：γ=20.0 kN/m3，φ=35°，c=89 kPa。

选择Bishop、Janbu、ordinary三种计算方法所得的运算结果综合评价，计算结果如表4和图5所示。局部最危险滑面稳定性计算结果如表5及图6所示。

由表4可知，在天然情况下，坡体整体稳定性较好，处于稳定状态；在降雨条件下，虽抗剪强度降低，由于材料自身具有很好的防渗性，暴雨对下伏土体的影响不大，坡体仍处于稳定状态。

局部最危险滑面为第二级坡体，该级坡体在天然状态下，处于稳定状态；暴雨工况下，在雨水的浸泡软化和渗流力的作用下，稳定性虽然降低，但仍处于稳定状态。

表4　双聚材料加固后边坡稳定性系数

图5　加固后天然计算模型

图6　加固后局部稳定性

表5　双聚材料加固后局部边坡稳定性系数

5　结语

加固前斜坡天然工况下基本稳定，但在暴雨工况具有潜在的滑动面，主要不稳定区都集中在第二级台阶，表面使用双聚材料处理后，边坡整体抗剪强度提高，没有连续的位移区，边坡稳定性增强。

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Impact of Dimeric Material on Slope Stability

XIAN Li-jv1，MALian-xia1，MAZhen-bin2，ZHONG Xiao-ling1，CHEN Fang1
（1.Xinjiang Communications Construction Group Co.，Ltd.，Urumqi 830016，China；2.Xinjiang Huatian Engineering Construction Co.，Ltd.，Urumqi 830011，China）

To solve theproblem of slope instability in the construction of the Highway from Jimunai County to Jimunai port in Altay，this article analyzes comprehen sively the effect of dimer material on slope stability by employing the methods of simpli fied Janbu，Sarma，transfer coefficient and general slice，and the result showsthatthe slope stability isenhancedafter using dimeric Material.

slope；reinforcement；dimeric material；stability

U416.1+4

A

1671-8496-（2016）-03-0006-04

2016-04-13

鲜丽菊（1988-），女，硕士

研究方向：公路工程

项目编号：乌鲁木齐市科学技术计划项目“旱寒区公路边坡土体防渗固化新材料研发与应用”（项目编号：Y141310013）