公路边坡的稳定性分析及危险性评价_左安彩.pdf

2023 年第 1 期(总第 347 期)黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo1，2023(Sum No347)公路边坡的稳定性分析及危险性评价左安彩(中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京101500)摘要:为合理评价边坡稳定性及其危险性，以某公路边坡为工程背景，在边坡工程地质条件总结基础上，经定性与定量分析表明:该产状近水平的强化风 中风化泥岩四级高边坡在天然状态下的稳定性系数间于 0 980 1 034，处于不稳定 欠稳定状态;在暴雨或连续降雨状态下，稳定性系数为 0 806 0 862，均小于 1，处于不稳定状态;同时，利用 P C 分级法实现其危险性评价，得边坡的整体危险得分为 76 80 分，风险等级为级，属高度危险状态。关键词:公路边坡;变形成因;稳定性分析;危险性评价中图分类号:U416 1文献标识码:A文章编号:1008 3383(2023)01 0052 03收稿日期:2022 03 20作者简介:左安彩(1982)，女，河北唐山人，本科，工程师，主要从事工程管理工作1工程概况1 1工程基本信息某边坡隶属城市主干路，设计车速 60 km/h，工点里程范围 K2+610 K2+710，边坡最大高度38 m，主要为强化风 中风化泥岩，产状近水平。在该边坡设计方面，原设计为 1 0 75 正常放坡，后因征地困难，将支护设计改为四级防护，其中，一级边坡坡率设计为 1 0 3，并采用锚杆框架梁对一级边坡防护;二、三级边坡采用 1 1 坡率，四级边坡采用 1 1 25 坡率，均采用 TBS 防护。每级边坡设置 2 m 宽平台，设置坡顶截水沟和平台截水沟减少坡面冲刷。该边坡于 2021 年 4 月开挖成型，2021 年 9 月尚未开始施做锚杆框架梁防护工程，使得其暴露约5 个月，期间未做任何防护措施，导致坡面风化剥落严重。1 2工程地质条件(1)地形地貌边坡所处地貌单元为构造剥蚀地貌，且微地貌属丘陵地貌;据勘察成果，边坡区勘察孔高程间于351 22 400 30 m，高差 49 08 m，起伏相对较大。区内斜坡整体地势下陡上缓特征，下部坡度约45 50，中部(边坡区)坡度约 20 30，上部坡度约 10 15。(2)地质构造结合区域地质资料，边坡区未发现断层及活动性大断裂通过，地质构造简单。总体来说，区内断裂构造和地震活动较弱，历史上未发生过强烈地震，属构造稳定区。(3)地层岩性据钻探成果，边坡区土层主要以第四系残坡积层为主，下覆基岩为侏罗系上统遂宁组。(4)水文地质条件根据现场调查，边坡周边地表水不发育，多以鱼塘、水田为主，对边坡施工或稳定性的影响有限。地下水主要为上层滞水和裂隙水，前者主要赋存于粉质黏土层的孔隙中，依靠大气降雨补给，水量不大;后者主要赋存于基岩裂隙中，用水量一般较少，赋存于节理破碎带。(5)地震项目区抗震设防烈度 6，设计地震分组为第一组;结合工程场地类别为类，工程区地震动峰值加速度为 0 05 g，特征周期值为 0 35 s。2边坡稳定性分析2 1稳定性的定性评价该边坡于 2021 年 4 月开挖成型，2021 年 9 月尚未开始施做锚杆框架梁防护工程。由于该边坡基岩岩性主要为泥岩，其抗风化能力较弱，加之从开挖至今使得其暴露约 5 个月，致使坡面风化，且局部剥落严重，岩土体存在失稳。2 2稳定性的定量评价结合勘察成果，边坡基岩主要是泥岩，风化程度主要为强 中风化，结合试验成果，强风化基岩的 天 然 重 度 为 22 3kN/m3，饱 和 重 度 为24 5 kN/m3;中 风 化 基 岩 的 天 然 重 度 为24 0 kN/m3，饱和重度为25 0 kN/m3。稳定性计算所需结构面参数统计如表 1 所示。根据边坡特征及其可能出现的各种荷载情况及组合，计算中主要考虑降雨、地震等，本次选定如下三种工况，计算边坡稳定性，具体工况组合如下。25DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2023.01.015第 1 期左安彩:公路边坡的稳定性分析及危险性评价总第 347 期表 1边坡稳定性计算参数结构面类型天然抗剪参数饱和抗剪参数/()c/kPa/()c/kPa岩层层面20401835裂隙面14351230工况 1:天然工况工况 2:暴雨工况工况 3:地震工况最后，边坡稳定性计算结果表 2 所示。据表 2，该边坡在 3 种工况条件下，整体均处于不稳定状态。表 2边坡稳定性计算结果稳定评价工况 1工况 2工况 3边坡稳定性系数 Fs0 99208420756边坡稳定性状态不稳定不稳定不稳定2 3稳定性的综合评价结合前述边坡稳定性定性评价及定量评价结果，得该边坡整体均处于不稳定状态，若不及时采取加固措施，存在局部失稳风险。3边坡危险性评价3 1危险性评价模型的构建结合相关文献 8 9 的研究成果，提出利用 P C 分级法构建边坡危险性评价模型，其思路是先利用层次分析法构建评价体系，再利用模糊理论及1 9 标度法计算隶属度和权重值，以评价边坡稳定性。(1)滑坡危险性现状评价体系的构建边坡危险性影响因素相对较多，以“边坡危险性评价体系”为目标层，通过层次分析法构建后续评价结构，且结合以往经验，将后续体系划分为 2级结构，即一级评价指标和二级评价指标。具体可知，一级指标共计 6 个，二级指标共计 14 个。(2)危险性评价指标的权值求解首先，利用 1 9 标度法构建不同评价指标间的判断矩阵，并计算其最大特征值 max及其对应的特征向量 b，再以其 max值计算 C 值C=max n(n 1)I(2)式中:n 为评价指标数;I 为误差控制值。C 值小于 0 1 时，说明判断矩阵构造合理;反之，需更改判断矩阵，直至满足要求。当满足矩阵构造前提下，对特征向量 b 进行归一化处理，所得值即为对应指标的权值。(3)危险性评价指标的隶属度求解考虑到模糊理论中的专家法具有操作简单、可信度高等优点，因此，提出利用其确定各危险性评价指标的隶属度。(4)危险性评价标准以各危险性评价指标的权值和隶属度为基础，通过 P C 分级实现危险性得分求解，且结合文献 8 经验，危险性等级共计划分为四级，具体划分标准及决策如表 3 所示。表 3边坡危险性分级及决策危险等级级级级级危险等级评分0 5050 6060 8080 100危险分40557590危险性决策边坡处于安全状态，危险性 小，无 需 采 取 特 别措施。边坡属轻度危险状态，应加强监测及巡查。边坡属高度危险状态，不仅应加强监测及巡查，还应建立必要防灾预案。边坡属极度危险状态，在加强监测及巡查基础上，应立即停工，采取专项方案设计，并落实防灾设计。3 2危险性评价结果分析首先，以 1 9 标度法求得不同评价指标的权值，并邀请 20 个专家进行隶属度打分;经统计得到各评价指标的权值及隶属度结果如表 4 和表 5所示。其次，结合表 3 中的危险分及表 5 中的隶属度结果，计算得到二级指标的危险性计算结果如表 6所示。由表 6 可知，二级指标的危险性得分范围为:59 53 82 20，分布范围相对较大。按危险性得分进行分级，得级指标有 1 个，所占比例为7 14%;级指标有 10 个，所占比例为 71 43%;级指标有 3 个，所占比例为 21 43%。按照危险性排序，B13指标的危险性得分相对最高，说明人类工程的活动强度对边坡稳定性的影响相对最大。表 4评价指标的权值结果一级指标 A一级指标权值二级指标 B二级指标权值A10 113B10453B20547B30318A20 071B40 26B50422B60377A30 144B70401B80222A40 068B90478B10052235总第 347 期黑龙江交通科技第 1 期表 4(续)一级指标 A一级指标权值二级指标 B二级指标权值A50236B110493B120507A60368B130653B140347表 5评价指标的隶属度结果二级指标风险等级级级级级B101660 25103300253B200110 16303430483B301220 33803150225B401310 34003040225B501660 24103300263B601660 39703010136B700110 17803220489B802740 38502200121B901250 21203220341B1000140 18703310468B1100700 08501260719B1200760 09601430685B1300680 07701140741B1400220 19603520 430表 6二级指标的危险性计算结果二级指标危险性得分危险性等级危险性排序B16797级10B27860级4B36735级11B46699级12B56832级9B66329级13B77839级5B85953级14B97150级8B107779级6B118164级2B128070级3B138220级1B147676级7类比，再进一步开展一级指标的危险性评价，结果如表 7 所示。由表 7 可知，一级指标的危险性得分范围为:67 66 81 16，分布范围相对一般。按危险性得分进行分级，得级指标有 4 个，所占比例为 66 67%;级指标有 2 个，所占比例为33 33%。按照危险性排序，A6指标的危险性相对最大，其次排序依次为 A5、A4、A1、A3和 A2。表 7一级指标的危险性计算结果一级指标危险性得分危险性等级危险性排序A173 78级4A267 66级6A368 51级5A474 78级3A580 31级2A68116级1最后，再进一步对边坡开展危险性综合评价，计算结果如下F=0 0790 1670 2290 52640557590=76 80如上计算结果，该边坡的危险得分为 76 80分，风险等级为级，属高度危险状态，不仅应加强监测及巡查，还应建立必要防灾预案，且考虑到后续施工持续扰动影响，结合稳定性评价结果，建议尽快开展此边坡的后续加固处理。4结论(1)边坡变形特征显著，在天然状态下的稳定性系数间于 0 980 1 034，处于不稳定 欠稳定状态;在暴雨或连续降雨状态下，稳定性系数间于0 806 0 862，处于不稳定状态，因此，得此边坡稳定性相对较弱，开展后续加固处理的必要性显著。(2)通过危险性评价，得边坡的整体危险得分为 76 80 分，风险等级为级，属高度危险状态，且主要的危险源为人类工程活动。(3)该文结合边坡基础地质条件，开展了滑坡稳定性、危险性评价，证明了边坡开展后续治理的必要性，建议后续可在此基础上进一步开展后续加固措施研究及评价。参考文献:1 侯克鹏，王黎蝶 基于改进的 FAHP CITIC 法与云理论的露天矿边坡危险性评估模型J 安全与环境学报，2021，21(6):2443 2451 2 秦军，朱英珍，马保成 国道 108 周至段边坡水毁灾害危险性评价 J 公路，2021，66(9):353 357 3 薛晓辉，周玲，秦爱红 库岸涉水滑坡危险性现状分析与预测评价J 中国安全生产科学技术，2021，17(5):169 175 4 刘朋 蒙文砚高速公路 K54+900 K55+170 段滑坡失稳处治技术研究 D 长沙:长沙理工大学，201745