于志偉，姜照容

（廣東省地質局第一地質大隊 廣東珠海 519001）

0 引言

如今工程建設蓬勃發(fā)展，如公路、隧道等施工建設中邊坡穩(wěn)定問題［1-2］不可避免，尤其是存在山體開挖［3］的工程建設。諸多學者針對不同地質環(huán)境下工程建設中的邊坡穩(wěn)定性［4-7］、數值模擬方法［8-9］及治理手段［10］進行了探究。不僅是在建設開挖過程中，工程建設完成投入使用后，改造山體而引發(fā)的崩塌［11］、滑坡［12］等地質災害問題的防治工作也至關重要。本文針對珠海某隧道口崩塌邊坡，結合其工程地質情況，利用理正軟件和Geo Studio 軟件分析該邊坡受暴雨作用滲流特征及其對邊坡穩(wěn)定性的影響，并提出治理建議。

1 工程概況

工作區(qū)地處珠海市某隧道，受連日強降雨影響，隧道南洞口東側發(fā)生崩塌地質災害（見圖1），崩塌處山體邊坡經人工削坡，坡面近東西向展布，坡向160°，高度約20～35 m，坡度50～60°，崩塌區(qū)位于隧道南洞口上方東側，先后發(fā)生2 次，屬淺層滑移式崩塌，寬度約25 m，崩塌深度0.5～1.0 m，崩塌面積約700 m2，體積約300 m3，崩塌體以強風化花崗巖夾中風化花崗巖碎塊石為主。在隧道洞口上方平臺坡腳處堆積中風化花崗巖崩塌堆積物以碎石、塊石為主，少量風化土，現狀規(guī)模為小型，將隧洞口一角的人造景觀石砸壞。

2 工程地質環(huán)境

通過現場勘察可知工作區(qū)內危巖及崩塌堆積體的分布概況（見圖2），并將工作區(qū)分為5 個斷面進行地質剖析，借助專業(yè)巖體分析軟件分析邊坡穩(wěn)定性，為后續(xù)治理方案提供支撐。

3 崩塌邊坡穩(wěn)定性計算

3.1 基于理正軟件的穩(wěn)定性計算

“理正巖土計算分析軟件”是一個適用于土質邊坡和巖質邊坡穩(wěn)定性分析的計算軟件。根據現場土樣的土工分析得到邊坡巖土體計算參數（見表1），利用理正軟件對崩塌邊坡5個剖面進行穩(wěn)定性計算，探究該邊坡各剖面在一般工況和地震工況下的穩(wěn)定系數（見表2）。

表1 巖土物理力學參數Tab.1 Geotechnical Physical and Mechanical Parameters

邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育，不同地段差異變化較大，邊坡結構面總體從西側-東向結構面結合差-結合很差過渡，不同的地段根據實際情況進行取值，邊坡西側可取大值，東側取小值，具體結合實際情況綜合考慮，結構面結合差的地段內摩擦角取20°～24°，粘聚力取54～69 kPa，結合很差的內摩擦角可取17°，粘聚力取46 kPa。

由表2 可知，在一般工況和地震工況下1-1′剖面、2-2′剖面、3-3′剖面、4-4′剖面穩(wěn)定系數大于1，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；而5-5′剖面在地震工況下穩(wěn)定系數為0.963，為最危險剖面，邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)，需要進行治理。

表2 剖面穩(wěn)定系數計算結果Tab.2 Results of Section Stability Coefficient

3.2 基于Geo Studio軟件的滲流及穩(wěn)定性計算

暴雨是邊坡崩塌的主要誘因，本研究借助Geo Studio 軟件探究暴雨工況下崩塌邊坡的入滲特征及其對邊坡穩(wěn)定性的影響。

3.2.1 計算原理

本次研究采用Geo Studio 中的SEEP/W 模塊進行暴雨工況邊坡滲流場計算，采用SLOPE/W 進行降雨滲流作用下的邊坡穩(wěn)定性計算，其基本原理如下：

⑴飽和-非飽和滲流基本理論（SEEP/W）

水在非飽和土區(qū)滲流時滿足達西定律，非飽和土中滲透系數由基質吸力或體積含水量求得，根據土水特征曲線并結合達西定律和連續(xù)方程，得到二維飽和-非飽和地下水運動的基本方程：

式中：kx、ky分別為x和y方向的滲透系數；H為總水頭；θ為體積含水率；t為時間；ρw為水的密度；g為重力加速度；mw為比水容重，應用Geo-studio軟件中的SEEP/W地下水滲流模塊求解式。

⑵邊坡穩(wěn)定性分析基本理論（SLOPE/W）

本文運用極限平衡法中常用的Morgenstern-Price法分析降雨入滲過程、不同降雨強度及不同降雨歷時邊坡的穩(wěn)定性變化。

Morgenstern-Price 法是一種假設相鄰土條之間的切向力和法向力是函數關系的方法，通過不斷迭代并結合土體邊界條件求解邊坡安全系數。

土條法向條間力En需滿足條件：

其中，y=Ax+B，λ、A、B 為任意常數；X為切向條間力；E為法向力。結合SEEP 模塊的計算結果，采用Morgenstern-Price法應用SLOPE模塊進行穩(wěn)定性計算。

3.2.2 計算模型

由3.1 節(jié)計算結果可知，5-5′剖面為最危險剖面，因此將該剖面作為計算模型。邊坡巖土體主要分為3層：中風化花崗巖、強風化花崗巖和覆蓋于邊坡上部的礫質黏性土。計算模型如圖3所示。

3.2.3 計算結果

利用Geo Studio 軟件模擬邊坡在暴雨工況下（50 mm/day）連續(xù)降雨5 d的滲流結果可知：降雨第2天，雨水主要通過坡面礫質粘性土覆蓋層滲入坡體，如圖4?所示；降雨第3 天，雨水沿坡體表面向下徑流，如圖4?所示；降雨第4 天，雨水開始向深部滲透，由礫質粘性土層向強風化花崗巖層入滲，由圖4?所示；降雨第5天，雨水持續(xù)向邊坡內部入滲，強風化層雨水滲流逐漸貫通，坡腳處雨水向中風化花崗巖巖層界面逐步滲透，如圖4?所示。

通過Geo Studio 軟件計算的邊坡在降雨過程中穩(wěn)定系數的變化（見圖5）可得：暴雨工況持續(xù)到第3 天是，邊坡穩(wěn)定系數為0.986，軟件自動檢索的最優(yōu)勢滑移面位于邊坡表面覆蓋層內，如圖6?所示，邊坡主要發(fā)生淺層滑移，符合圖4?中雨水主要從在坡面覆蓋層內滲流的特點；當暴雨持續(xù)到第4 天、第5 天時，邊坡穩(wěn)定系數分別為0.865、0.86，軟件自動檢索的最優(yōu)勢滑移面位于邊坡強風化花崗巖層中，如圖6?所示，此時邊坡發(fā)生整體弧形滑移，符合圖4?和圖4?中雨水已從覆蓋層滲入到強風化花崗巖中，并且逐步向邊坡內部滲透的特點。

4 崩塌邊坡穩(wěn)定性分析

該邊坡處于隧洞洞口上方，前期隧道掘進過程中的爆破作業(yè)對邊坡巖體的震動影響是不利的，主要表現在巖體中的結構面因震動作用進一步張開，導致結構面的結合力降低甚至喪失，結構面的張開也為雨水入滲提供了更好的通道，后期大型重載車輛快速通過隧道所產生的振動對邊坡的影響不可忽視。同時，該邊坡崩塌面坡度較陡，頂部仍存在松散狀態(tài)的巖土體和不穩(wěn)定結構體；此外，整段人工削坡坡度較陡，表層巖土體結構較疏松，珠海雨季較長，降雨強度大，在強降雨作用或人為活動作用下，再次發(fā)生淺層崩塌或滑坡的危險性大。

第3節(jié)的穩(wěn)定性計算驗證了邊坡再次失穩(wěn)的可能性，由理正軟件計算結果可知：在一般工況下邊坡可以保持暫時穩(wěn)定，但在地震工況下，邊坡穩(wěn)定系數已不符合《建筑邊坡工程技術規(guī)范：GB 50330—2013》要求；由Geo Studio 軟件計算結果可知：若遭遇連續(xù)降雨，雨水通過邊坡頂部松散巖土入滲，增大土體自重，地下水位升高，在重力作用和動水壓力作用下，邊坡易發(fā)生淺層崩塌；隨著雨水的通過巖體結構面持續(xù)向邊坡內部入滲，邊坡抗剪強度降低，雨水軟化坡腳填土，邊坡底部失去支撐，易發(fā)生整體滑坡。

5 總結

綜上所示，該邊坡受降雨及人類工程活動的影響，極可能再次發(fā)生崩塌或滑坡，對隧道洞口、過往車輛和人員造成傷亡和經濟損失。因此，該邊坡必須采取行之有效的治理方案以保障人身和財產安全。對于該邊坡的治理，有以下幾點建議：

⑴對坡腳進行反壓及水泥硬化，增大阻滑力的同時防止雨水入滲軟化坡腳土體；

⑵對坡面進行硬化或綠化，同時完善截排水系統，防止雨水和其他排水浸入邊坡土體；

⑶可采用放坡+錨桿（索）格構梁，平臺標高及放坡坡率結合施工便道過渡。

目前的主流巖土分析軟件力學模型較簡單，計算結果相對保守；而逐漸興起的有限單元、離散單元等方法存在計算模型復雜，影響參數繁多，導致計算結果受人為選定影響，難以服眾。因此在工程建設的分析中，采用多方法結合的計算分析結果，對邊坡失穩(wěn)的內在因素和外部因素進行綜合分析，找到邊坡失穩(wěn)的重點條件，進行針對性治理，有利于提高防災減災的效率。