中冶华天南京工程技术有限公司 江苏南京 210019
摘要：随着城市规模越来越大，新城区边缘区域道路多见高边坡，其安全稳定性和边坡防护设计显得十分重要。本文以山东日照高铁新区某道路为例，采用有限差分元和极限平衡法分别进行边坡稳定性分析，同时根据计算结果采取边坡防护方案，为同类工程提供依据。
关键词：道路高边坡；稳定性分析；边坡防护
0 前言
随着城市规模越来越大，城市交通基建设施发展也越来越迅速，需要开挖道路两侧的山体形成高陡路堑边坡。高陡路堑边坡在开挖后受开挖卸荷、降雨入渗、地震动以及人为荷载等因素的综合影响下，容易发生滑塌破坏。故在进行高陡岩质边坡开挖时应进行稳定性计算和边坡安全防护，确保道路两侧高陡边坡在施工和运营期间的安全稳定。
针对山东日照高铁新区某道路工程的高陡路堑岩质边坡，进行边坡开挖稳定性分析，基于计算结果给出高岩质边坡的防护方案并进一步进行防护后的稳定性计算，为同类工程提供依据。
1 工程概况
场地所处地貌类型属于剥蚀丘陵，某道路大部分为挖方路段，且各桩号的填挖方量差距较大，本文选取K0+350~K0+420段，此处挖方高度约16m。边坡采取分级放坡形式，分级坡高8m，设置中间放坡平台，平台宽度2.0m，平台内侧设排水沟，自上而下，第一级边坡坡率为1：1，第二级边坡坡率为1：0.75。
开挖路堑主要为中风化花岗片麻岩，表层分布少量的强风化花岗片麻岩。道路方向为东西向，根据工程地质测绘结果，岩层倾向为南北向，倾角为55~76°。因此，边坡抗剪指标采取岩块直剪试验，无需采用岩体节理抗剪强度，具体计算数据详见下表：
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体积模量与剪切模量由弹性模量和泊松比换算。
2建立有限差分元模型
本次计算以FLAC程序为计算平台，以强度折减法为计算理论求得边坡安全系数。边坡采用摩尔库伦准则，影响其稳定性的强度参数是粘聚力Ｃ和内摩擦角φ，将坡体原始粘聚力Ｃ0和内摩擦角φ0同时除以一折减系数Ｋ，然后进行数值分析。通过不断增大Ｋ，反复分析直至边坡达到临界破坏状态。假设此时粘聚力Ｃi和内摩擦角φi，由于边坡处于临界状态，所对应的安全系数Ｋ=1，可得原始边坡对应的安全系数如下：
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根据以上要求和设计参数，模型网格划分1736个单元，2793个节点。
3结果分析
边坡的自重应力场起主导作用，边坡应力分布随着坡形发生变化，并未出现明显的大范围应力集中现象，边坡内应力处于平衡状态，即边坡不会出现瞬间失稳破坏现象。Z方向应力云图如下：
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同时根据计算结果，边坡整体发生位移最大为8.2mm，最小为3.1mm，从边坡位移来看，边坡不会产生失稳破坏。
根据以往工程经验，当边坡失稳时，会产生明显的局部化剪切变形。这种局部化现象一旦发生，变形将会相对地集中在局部变化区域内，而区域外的变形相当于卸载后的刚体运动，滑坡体将沿着某一滑动。可是根据剪应变云图可发现，其剪应变分布均匀，变化都在很小的范围内。并没有出现局部明显的剪切变形，变形也没有集中在局部化变形范围内，因此边坡并未表现出明显的滑动面。剪应变增量云图如下：
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FLAC程序内置强度折减法，通过SolveFos命令，不断増加折减系数，反复计算，直至达到临界破坏，边坡的稳定系数为1.55，即边坡处于稳定状态。
4极限平衡法分析
先进行破坏面的假定，将破坏面内的岩体作为脱离体进行计算，当作用于脱离体上的力系达到静力平衡时，此时岩土的抗力或抗剪强度，与破坏面实际所能提供的岩土的抗力或抗剪强度相比较，求得稳定性安全系数。本文采用北京理正进行边坡稳定性分析，本边坡为一级永久性边坡，边坡稳定系数应不小于1.35，经计算，边坡稳定系数为1.47，即边坡处于稳定状态。
本文采取有限差分元与极限平衡法两种方法进行计算分析，两种方法计算结果基本相仿，滑动面所在区域基本相符。
5边坡防护设计
a、草种选择及配比
考虑周边环境绿化的要求，该路边坡采取挂网喷播植物砼的措施。草种为混合草种，冷季草和暖季草搭配，以冷季草为主，并配有四季草。冷季型草种宜选早熟草地禾（半灌科）和多年黑麦草；暖季型草种宜选弯叶话梅草、百喜草；四季型草种为白三叶等。其配合比为（每平方米含量）：冷季型（早熟草地禾：9g，多年生黑麦草：18g），暖季型（弯叶话梅草：19g，百喜草：18g），四季型（百三叶：19g）。
以上暖季型草具有匍匐茎和根状茎，繁殖快，生长势强，易在短期内形成草坪，适应性强，耐盐碱，耐践踏；冷季型及四季型草具有不寻常的特性，根系十分发达，固土能力强，管理粗放，适应范围广，该配方具有极强的促进护坡固砂的特性，极大地确保边破稳定及绿化。
b、植被料选择
采取场地沟谷粉质粘土，其土壤含砂量应控制在10%以上，经人工翻晒凉干，粉碎过筛备用。腐质土由多种新型微生物菌群发酵而成，含有氮、磷、钾及各种微量元素，其PH值为6.0～7.0之间；稳定剂采用无污染粘结剂，采用高分子聚合物及天然植物加工而成，能将土养生材料、肥料、种子等紧密连接，形成一定厚度的喷播层，并与坡面粘接在一起而不下滑流失。养生材料：采用木质纤维（纸筋、稻草筋）增加连接的强度，使喷播层稳定性增强；肥料采用速效化肥及缓效有机肥，增加贫瘠边坡肥力，提供植物生长所需营养。
c、锚杆挂网及排水孔
锚杆规格为Φ16、L=2m锚杆布置间距3m×3m，锚杆外露10cm。挂网时需增加Φ14、L=0.5m的锚钉加密固定，间排距1.5×1.5m，外露10cm。挂钢筋网：钢筋φ8，间排距20×20cm。排水孔：孔径φ40mm，孔深3m，孔距：2m×2m，成仰角造孔，然后安装PVC花管，底部设反滤土工布。
6结论
本文依托山东日照高铁新区某道路工程的岩质边坡防护进行有限差分元和极限平衡法进行分析，对比分析后，两种方法计算结果基本相仿，结果可靠且满足规范要求。依据稳定性计算结果，本工程采取挂网喷射植物混凝土进行护坡处理，为同类工程提供借鉴参考。
参考文献：
[1] 王云．高挖边坡稳定性与生态防护技术研究［D］． 西安：长安大学，2012．
[2] 建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2013