深路堑风化软岩边坡变形与加固分析

深路堑风化软岩边坡变形与加固分析

肖建宇

凉山州交通运输应急指挥中心  四川西昌 615000

摘要：风化软岩路堑边坡的变形对公路建设及运营安全具有重要影响。为分析路堑软岩边坡开挖及加固后岩土体的变形发展情况，本文以四川山区某公路深路堑段右侧边坡为例，基于专业岩土软件GEO-studio，对该边坡进行建模分析。结果表明：路堑开挖深度越大，边坡位移越大，剪切应变区贯通面积越大；采用锚杆对边坡进行加固对于减小边坡位移，以及阻断剪切应变贯通区有十分明显的作用。

关键词：路堑；软岩；边坡；加固；

1.引言

我国西南地区地形复杂，地貌变化较大，深路堑边坡在公路占比较大，其中深路堑风化软岩边坡变形对公路的建设及运营管理安全带来重要安全隐患。因此广大学者对路堑边坡进行了很多卓有成效的研究，李永钊等[1]通过对陕西黄土地区深路堑边坡开挖进行三同步施工方式探索，取得较高效果。孔宪斌[2]针对顺层岩质边坡结构面参数进行试验研究，对边坡设计参数进行了优化。杨欣[3]，张金平[4]，对降雨条件下路堑边坡的渗流及稳定性做了详细的分析，认为降雨对路堑边坡影响极大。张莹[5]，刘新喜[6]，王晓静[7]分别对硅质岩路堑边坡、炭质软岩基底路堑边坡、以及石质路堑边坡的开挖过程边坡稳定性做了研究。然而对于风化软岩深路堑边坡的变形研究相对较少，因此本文着重对风化软岩加固与未加固边坡岩土体位移及剪切应变进行了对比，对类似边坡施工管理提供一定参考。

2.工程概况

  四川某公路改扩建工程位于山岭地区，设计时速40km/h，路基标准宽度为12m。由于公路沿线主要分布寒武系白云岩、灰岩，志留系泥岩，且较软岩路段多，覆盖层厚0～6.5米，岩体风化层深1～40米，岩体较破碎，节理裂隙发育，边坡开挖易沿节理裂隙面碎落，特别是顺层边坡，边坡需设置挡墙，锚杆、锚索等支护措施进行防护加固。深路堑风化软岩边坡的变形对该公路的建设及运营安全造成重要影响，因此很有必要对其变形情况进行分析研究。本文主要选取的路段为K43+400-K43-760路堑段软岩边坡，根据勘查单位对该路段的地质钻孔获得主要土层的物理力学参数并参考相关经验值，各土层的力学参数参考值，残积土层：天然容重16kn/m³，弹性模量12.5Mpa，泊松比0.36，粘聚力17kpa，内摩擦角12°；风化白云岩层：天然容重21kn/m³，弹性模量400Mpa，泊松比0.3，粘聚力30kpa，内摩擦角20度。

3.分析模型建立

本次分析模型选择K43+400-K43-760段路堑软岩边坡中K43+700典型断面构建二维边坡分析模型，该断面土层分布情况为上层覆盖较浅的坡积土，下层为深度较厚的风化白云岩层。路堑右侧边坡总高度为36m，属于深路堑边坡，其中第一及第二级边坡的坡率为1:0.5，第三及第四级边坡坡率为1：0.75，本次分析主要针对右侧边坡进行分析。

通过导入工程断面CAD图基于GEO-studio软件SIGMA/W模块对该路堑边坡进行二维建模，模型底部宽度为88.5m，模型左侧高度为24.5m，模型右侧高度为54.5m，模型共划分3596个网格节点，3489个网格单元；土层采用莫尔-库伦本构模型，具体参数取值如表1所示；模型的边界条件为：模型左右边界限制其x方向（法向方向）位移，模型底部边界限定其x及y方向位移。为了研究开挖过程中的边坡变形情况，设定了路堑边坡开挖顺序，从上往下依次进行路堑开挖。为了较好的分析边坡岩土体变形在各级边坡坡中设置横向监测断面，断面由10个监测点组成，每个监测点水平间隔为1m；其次在各级边坡设置纵向监测断面，监测点数目依据边坡高度不同而进行设置，每个监测点竖向间距为1m。

4.开挖变形分析

按照设定的开挖顺序对路堑进行开挖，并依次对开挖后的边坡进行受力及变形计算，并获得该次开挖后造成的边坡土体位移及最大剪切应变分布云图，随着开挖的深度增加路堑边坡的最大剪切应变区域面积不断扩大，最大剪切应变值也再增加，最大剪切应变区逐渐发展为贯通边坡土体的区域，对边坡稳定产生不利的影响。

5.加固变形分析

针对前述对未进行加固处理的边坡分次开挖分析，边坡的位移及剪切应变发展情况已经不能保证边坡稳定的要求，因此必须对边坡进行加固处理。本次路堑边坡主要采用的加固方式为锚杆加固，采取边开挖边支护方式施工。锚杆采用φ32HRB400螺纹钢制作锚杆，锚杆长度为3m，锚杆与水平面的夹角为15°～25°，压浆标号为M30，锚杆的轴向抗拔力为90-100KN，锚杆具体布置情况为纵横向间隔均为2m，呈梅花型布置。

为对加固效果进行分析，分别对开挖后的边坡土体位移及最大剪切应变进行分析。通过与未加固的位移及剪切应变图对比可以发现：边坡土体最大剪切应变区域面积迅速减少，特别是第五次开挖阶段边坡土体的最大剪切应变贯通区域得到明显控制和阻断，对于边坡的稳定有重要意义。

6.结论

通过对该路堑边坡未支护开挖过程及采用锚杆支护后的开挖过程分析主要得出以下几点结论：

（1）开挖深度越大，边坡岩土体变形越大，剪切应变面积发展速度越快且值越大；当开挖深度相同，开挖宽度增大对边坡岩土体变形影响不明显。

（2）路堑边坡开挖对风化软岩体变形影响主要集中在边坡坡面及坡顶区域。

（3）采用锚杆加固路堑边坡，对于减小边坡的位移及剪切应变有十分明显的效果，其中加固效果最明显的区域集中在坡面区域。

7.参考文献

[1]李永钊,潘本金,惠军武,等.深挖方路堑边坡三同步施工技术[J].公路,2020,65(09):347-352.

[2]孔宪斌.顺层路堑岩体结构面剪切试验研究和边坡设计优化[J].铁道建筑,2020,60(08):102-105.

[3]杨欣.降雨入渗条件下含软弱夹层路堑高边坡渗流特性数值分析[J].中外公路,2020,40(04):38-42.

[4]张金平.考虑强降雨影响的路堑边坡稳定性分析[J].公路,2017,62(02):54-58.

[5]张莹,苏生瑞,于国新,等.硅质岩单面山路堑边坡稳定性影响因素分析[J].长江科学院院报,2018,35(09):121-126.

[6]刘新喜,张平,邓宗伟.炭质泥岩软岩基座路堑边坡开挖过程稳定性分析[J].中外公路,2016,36(06):14-16.

[7]王晓静.岩质路堑边坡施工监测及稳定性分析[J].公路,2015,60(09):41-45.