高速公路土质边坡开挖稳定性研究

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1、高速公路土质边坡开挖稳定性研究【摘要】高速公路建设中土质边坡的出现不可避免,时常由于未对边坡的安全状态进行深入研究而导致工程事故。因此本文选取K6+045处边坡最危险剖面为模拟对象，运用数值模拟分析软件Slope,建立相应地计算模型对该边坡自然状态下以及开挖阶段的过程稳定性变化特征进行分析，提出了工程建议。【关键词】土质边坡；过程稳定性；数值模拟；开挖在高速公路修建过程中，边坡问题是不可避免的，尤其在山区高填深挖路基的大量出现，其边坡治理工程量大、难度高，受外界影响也比较明显。因此，如何保证边坡在施工与运营期间的稳定性，已经成为道路修筑者急需解决的

2、难题。本文基于具体工程实例，结合数值模拟软件对边坡开挖的过程稳定性进行数值模拟，为实际工程边坡的开挖施工提供参考。1工程概况娄底至益阳高速公路第一合同段位于湖南省中部，以剥蚀型构造地貌为主，主要表现为丘岗、丘陵和低山形态，线路区内地形起伏不大，山坡坡度一般15°〜35°，冲沟发育,冲沟走向多呈东西向，冲沟及沟谷断面呈“V”字型。根据勘察野外地质调查及钻探结果，勘察场地覆盖层主要以残坡积成因的粉质黏土、碎石及块石及洪积成因的漂石等为主，下伏基岩主要为第三系砾岩、石炭系的灰岩、泥灰岩、砂岩及石英砂岩，泥盆系砂岩等。2计算模型及土体材料参数分析模型：本文

3、的模拟对象为K6+045处边坡，取其最危险断面为研究对象，对其进行开挖过程稳定性分析、降雨影响下边坡稳定性分析以及加固措施的优化设计。根据路基横断面设计图可知，边坡开挖的最大深度为37.80m,分三级对边坡进行开挖，第三级按照1：1坡度进行放坡开挖，开挖深度13.80m；第二级边坡按照1：1坡度进行放坡开挖，开挖深度为12.00m；第一级边坡按照1：1坡度进行开挖，开挖深度为12.00m。每开挖一级设置2.00m宽的平台，并在平台上设置截水沟。根据设计图纸，本文拟定的模拟模型尺寸为：模型宽120.00m,高70.00mo模型的坐标系采用直角坐标系，

4、X0Y平面取为基坑的典型剖面，在基坑剖面内，南北方向为X方向，Y轴为铅垂方向。并且X轴正向指向正北方向，Y轴正向指向正上方，坐标原点取在模型底面的左下方。边坡模拟断面如图1所示。本文对边坡开挖过程及相关的稳定性分析的数值模拟采用相应边坡土体实测的地层数据进行分析，结合上文的内容，最终确定的计算分析采用的各土层参数见表1。3开挖边坡稳定性及应力应变分析3.1自然边坡稳定性分析为了使后文稳定性计算结果更加具有可比性，对开挖前自然边坡稳定性进行分析，分析结果如表2所示。由表可知,在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Pr

5、ice四种方法的计算条件下，自然状态边坡的安全系数值均大于1.35,由此可知，开挖前自然边坡是处于稳定状态。图2为自然边坡最危险滑裂面（Bishop）。3.2边坡开挖过程稳定性分析表3为拟定分步开挖条件下，边坡安全系数值在Ordinary.Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下的变化情况，图3、4、5分别列出在Bishop法计算条件下，边坡开挖过程最危险滑动面情况。由表与图可知，边坡在开挖过程中，其安全系数值先增长后降低，第一步开挖安全系数出现较小幅度增长，随后其降低幅度随着开挖进行逐渐增大，在四种计算方

6、法条件下均呈现出一样的变化趋势。以Bishop法为例，第一步开挖增长幅度为2%,随后开挖其安全系数降低的比例分别为15%、31.4%。开挖完成后边坡的安全系数值均处于约等于1,处于临界状态，同时也不满足规范要求的最低值（21.25）。由此可知，边坡在开挖完成之后若不采取必要的加固措施，仍有发生失稳的可能。因此，为了提高开挖完成后边坡的稳定性，保证边坡在公路廉工与运营期间的安全，需要拟定相应的加固方案对其进行加固。4结论本文选取K6+045处边坡最危险剖面为模拟对象，运用数值模拟分析软件Slope,建立相应地计算模型对该边坡自然状态下以及开挖阶段的过

7、程稳定性进行分析。所得的结论如下：3.1对该边坡的工程概况及工程地质条件进行介绍，在以往工程经验及现有资料的基础上选择相应地典型剖面，建立几何模型，确定其计算参数。4.2在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下，自然状态边坡的安全系数值均大于1.35,边坡处于稳定状态。边坡分步开挖过程中其安全系数值先出现小幅增长后逐渐降低，其降低幅度随开挖的进行逐渐增大，开挖完成后边坡的安全系数值基本处于规范要求的临界状态，若不采取相应的加固措施，边坡有发生失稳的可能。【参考文献】[1]赵明阶，等•边坡

8、工程处治技术[M].北京：人民交通出版社，2003：19-20.[2]郑颖人，陈祖煌，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京: