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1、K63+142 高高边边坡坡稳稳定性分析定性分析评评价价1、 、计计算方法算方法按照现行公路路基设计规范JTGD30-2004中条款3.7.4边坡稳定性评价：边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法和数值分析法进行。这几种方法是基本都属于极限平衡法的非严格条分法，是在已知滑移面的基础上对变坡进行平衡分析，并且只能满足力或者力矩平衡，所得结果能满足工程试验应用，但结果存在一定偏差。本计算采用Morgenstern-price法进行计算分析。Morgenstern-price法是50年前提出的严格条分法，该法假设条块的竖直切向力与水平推力之比为含有参数与条间力函数的乘积，然后
2、建立满足水平和垂直方向力的平衡力方程与力矩平衡方程，通过迭代求解安全系数与待定系数。我国陈祖煜教授对Morgenstern-price法的计算格式进行了一定的改进，由于这个方法收敛性非常良好，并且满足严格平衡条件，因而在国际岩土工程界受到欢迎，但同时该法的求解过程相当复杂，一般工程技术人员往往只得依靠软件，Morgenstern-price法在我国没得到普及应用。Morgenstern-price法首先对任意曲线形状的滑裂面进行分析，导出满足力的平衡及力矩平衡的微分方程，然后假定满足条间力的倾角的正切值为某一函数，根据整个滑动土体的边界条件求出问题的解答。边坡稳定性计算应考虑边坡可能的破坏形式
3、，按下面方法确定：采用加拿大商用计算软件GEO-slope进行计算分析，滑动面为任意滑移面，非一般的圆弧形滑面或者折线滑面。2、 、计计算参数取算参数取值值为了进行边坡的稳定性计算和加固工程设计，必须在勘察中对边坡岩土取样并进行物理力学试验，取样应该包括边坡的所有地层，特别是对边坡稳定起控制作用的软弱地层。一般情况下对尚未变形的边坡应取原装非扰动样。根据目前试验结果，该地区处于干旱半干旱区域，一般不考虑空隙水压力对边坡稳定性的影响，在试验过程中一般以天然含水率下的土为试验对象。实验室试验以公路土工试验规程（JTG E40-2007）与土工试验规程（ SL237-1999）为依据。安排试验如表
4、2.1 所示,数值计算参数见附表试验记录。试验排序规范中的 编码试验名称试验方法注意点与需要得到的数据是否要求原状土是否必 做试验需要 时间123土的三轴压缩试验固结不排水试验对于所取土样，分别进行自然状态下 和饱和状态下的强度试验。否必做8h湿陷系数试验3d自重湿陷系数试验3d溶滤变形系数试验3d221黄土失陷性试验湿陷起始压力试验是必做3d319土的固结试验单轴固结仪法是必做4无动三轴试验固结不排水试验对于所取土样，分别进行自然状态下 和饱和状态下的强度试验。原状土和扰动土进 行试验必做56土的密度试验环刀法否必做65土的含水率试验烘干法否必做77土粒比重试验比重瓶法否必做89界限含水率试
5、验液、塑限联合测定法 和缩限试验否必做915渗透试验常水头渗透试验选做1024无侧限抗压强度 试验细粒土无侧限抗压强 度试验原状土与扰动土选做118颗粒分析实验筛分法+密度计法选做2 天1210土的收缩实验收缩实验原状土和扰动土选做1311土的天然稠度实验土的天然稠度实验否选做1414土的毛细管水上升 高度实验土的毛细管水上升高 度实验适用于确定对道路发生危害的路基土 的强烈毛细管水上升高度选做1513土的湿化试验湿化试验否选做3、工程、工程阶阶段的段的计计算工况算工况按照现行公路路基设计规范JTGD30-2004 条款 3.7.4 边坡稳定性评价：边坡稳定性计算应分成以下三种工况：1) 正常
6、工况：边坡处于天然状态下的工况；2) 非正常工况：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况；3) 非正常工况：边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。由于试验仪器调试还在进行，动力学参数目前还未得出，只针对前两种工况进行分析。4 计计算算过过程与程与结结果分析果分析边界条件以山西省交通规划勘察设计院所设计图纸为依据，原设计中采用的计算参数为容重 =19kg/cm3,粘聚力 c=40Kpa，=30. 采用简化 BISHOP 法得出在设计坡率及高度下，得出安全系数均达到 1.20。本计算中条间力函数采用半正弦函数，滑动面软件自动搜索，不产生拉裂纹，分配计算安全系数为常数，分为 150 条，安全系数最大收敛于
7、 0.000001。分条的最小深度为 0.1m，最大宽度为 0.1m。材料计算参数见附表，k63+142 为最危险断面，总计算区域面积 5277m2，计算模型如图 1。图 1 计算模型4.1 正常工况荷载下的边坡稳定性分析图 2 各种不同计算方法的稳定性安全系数图 3 潜在的 1000 个滑移面分析图 4 Bishop 法的最不稳定滑移面及稳定安全系数图 5 M-P 法的最不稳定滑移面及稳定安全系数Slice 1 - Morgenstern-Price Method3.585826.1712.25328.7670.4147图 6 M-P 法的最不稳定滑块受力分析图图 7 不稳定与稳定交界区域根
8、据对 1000 个潜在滑移面分析可以看出，基于 M-P 法得出的安全系数稍小于 BISHOP 法得出的安全系数，其不稳定滑裂面基本为同一滑裂面，由于 M-P法的基于严格条分法，可以认为 M-P 法得出的安全系数更合理。根据 M-P 法，对最不稳定条块进行分析，最不稳定条块宽 0.50321 m，滑动面与水平方向角度为-17.154，重量为 3.5858kN，距离坐标原点为 14 m，位于坡脚处，受力如图 6 所示，最不稳定滑面下滑动体积 1078.1 m3，总重量 18595kN。按照现行公路路基设计规范 JTGD30-2004 条款 3.7.4 边坡稳定性评价，如表 2 所示：表 2 路堑边
9、坡安全系数公路等级路堑边坡安全系数公路等级路堑边坡安全系数正常工况1.20-1.30正常工况1.15-1.25非正常工况1.10-1.20非正常工1.05-1.15高速公路一级公路 非正常工况1.05-1.10二级及二级以下公路非正常工1.02-1.05根据文献边坡病害及工程治理效果评价，边坡病害治理的整体稳定性对应于边坡的整体变形破坏，局部稳定性对应于边坡的局部变形破坏，根据边坡病害体治理的整体稳定性与局部稳定性，将边坡病害体治理的稳定性划分为五级，见表 3.表 3 边坡病害治理的稳定性分级标准划分等级稳定状态整体稳定系数范围地质条件时候会恶化在工程使用年限内整体失稳的概率在工程使用年限内局
10、部失稳的概率1稳定K1.2不会没有可能小2基本稳定1.2K1.15不会小较小3欠稳定1.15K1.1会较大大4不稳定1.1K1.05会大大1.05K1会很大大 5极不稳定K1.0会已经失稳已经失稳根据现场试验以及数值计算，可以看出，设计时边坡的粘聚力，内摩擦角与容重估计值与真实值略有出入，真实粘聚力较设计值大，但是内摩擦角小，该边坡在正常荷载下不满足规范设计要求，边坡不稳定，需要进行加固处理。4.2 非正常工况下的边坡稳定性分析在该工况下，由于降雨入渗后黄土仍未饱和，其强度位于天然含水率和饱和含水率之间，由于降雨等条件的不一样，很难确定降雨大小对强度的影响，暂假设粘聚力减低 1/4,内摩擦角不
11、变，雨水下渗深度为 2m。图 8 各种不同计算方法的稳定性安全系数图 9 潜在的 1000 个滑移面分析图 10 Bishop 法的最不稳定滑移面及稳定安全系数图 11 M-P 法的最不稳定滑移面及稳定安全系数Slice 1 - Morgenstern-Price Method5.241524.89113.76428.0070.49455图 12 M-P 法的最不稳定滑块受力分析图图 13 可能存在的不稳定区域根据对 1000 个潜在滑移面分析可以看出，基于 M-P 法得出的安全系数稍小于 BISHOP 法得出的安全系数，其不稳定滑裂面为同一滑裂面，由于 M-P 法的基于严格条分法，可以认为
12、M-P 法得出的安全系数更合理。根据 M-P 法，对最不稳定条块进行分析，发现条块宽 0.60778m，滑动面与水平方向角度为-17.328，重量为 5.2415 kN，距离坐标原点为 14 m，位于坡脚，受力如图 12 所示。最不稳定滑面下滑动体积 1078 m3，总重量 18593 kN。通过两种工况，可以看出，最不稳定处均为坡脚，坡脚是控制安全系数的主要因素。加固坡脚是解决黄土边坡的直接方法，降雨工况下边坡潜在的滑裂面与正常状态下相同，如图 7 和 13 所示。按照表 2,表 3 根据现场试验以及数值计算，可以看出，如果降雨入渗到达 2m距离内，且强度存在假设的降低，根据 M-P 法该边
13、坡在非正常荷载下不满足规范设计要求，根据 bishop 法稍稍不满足规范要求。附表附表:试验报试验报告告总总表表试验单试验单位位黄土重点试验室取土取土时时间间6 月 16 日土土样编样编号号 试验编试验编号号 试验时试验时 间间7 月 14 日样样品来源品来源k63+142试验项试验项目目试验结试验结 果果试验项试验项目目试验结试验结果果含水率（%）13.72 剪切方法cu 密度（g/cm3）1.76 粘聚力(kpa）40.82 孔隙比0.66 内摩擦角（）24.47土粒比重2.70 有效粘聚力(kpa）43.06天然状态下土的物理指标干密度（g/cm3）1.55 三轴压缩强度有效内摩擦角23
14、.37液限28.42 动弹性模量 塑限14.93 动粘聚力 塑性指数13.49 动内摩擦角 液性指数-0.09 动三轴压缩强度阻尼比 界限含水 率土的名称 25kpa 压缩模量50.00 50kpa 压缩模量17.21粒径（mm）小于某粒径的土质量百分数100kpa 压缩模量8.77 1 200kpa 压缩模量8.40 0.5 固结试验400kpa 压缩模量12.20 颗粒分析试验0.25 800kpa 压缩模量14.71 0.075 1600kpa 压缩模量14.91 0.0614 50kpa 湿陷性系数0.00010 0.0469 100kpa 湿陷性系 数0.00050.0211 150kpa 湿陷性系 数0.000150.0124 200kpa 湿陷性系 数0.00005 0.0088 湿陷性试验400kpa 湿陷性系 数0.00020.0064 无侧限抗压强度71.10.0046 灵敏度1.29 0.0034
