机场高填方边坡稳定性探究

《资源环境与工程杂志》2014年第S1期

1概化模型

在原地质剖面图的基础之上，划分有效概化模型。机场跑道填方体与原地基的典型模型图见图2。填方下的天然边坡为顺层边坡，缓倾坡外，坡度在10°～33°，岩层倾角约为12°～23°;坡面覆盖层较厚且不连续，基本无基岩出露;坡脚下分布有连续的、一定厚度的粘土和粉质粘土;根据现场勘察结果，初步确定填料为炭质砂岩和灰岩块石料，填方边坡按1∶3．0放坡。到中上部收坡变为1∶2．5和1∶2．0。1．3参数取值根据工程现场勘查资料，整理得原地基和填筑体的物理力学指标参数。

2典型边坡稳定性分析

利用典型模型建立对应的有限元模型，利用GEO-SLOPE软件，对典型边坡的稳定性进行分析［10］。通过有限元分析水平位移和沉降量，确定潜在滑面位置。在分析边坡稳定性之前，需弄清楚几个关键的工程问题:①坡面的覆盖层对填方体稳定性的影响。高填方坡面分布有一定厚度的粘土层，状态为可塑—硬塑，它遇水软化，强度会迅速降低，与填方体的接触面易形成滑面，它是影响填方体边坡稳定性和坡顶的不均匀沉降的重要因素;②坡脚的覆盖层对填方体的影响。由于边坡坡脚的粘土层和粉质粘土层的存在，这些软弱土层自身的抗剪强度较低。同时填筑过程中，改变原有的边坡地表水和地下水渗流系统，抬高地下水渗流高程，为整个边坡提供抗滑能力降低，危及整个边坡稳定性;③填筑体自身稳定性问题。填筑体自身稳定可通过施工工艺和填筑材料特性，该问题比较容易控制和解决。

2．1典型边坡水平位移分析典型边坡水平位移(图3):坡脚部水平位移0．08～0．10m，坡体中部0．15～0．20m，坡顶最大水平位移0．22m;原地基最大的水平位移为0．06～0．10m;离坡顶20m外水平位移＜1m，但在坡体中上部受软弱地基和地形的影响，水平位移较大，且较水平影响深度在30～40m。在坡脚由于地形及坡度变缓等原因，水平位移变化范围变小，且影响水平深度在10～20m之间。

2．2典型边坡沉降分析典型边坡沉降变形(图4):坡脚部沉降量1．5～2．0m，坡体中部沉降量2．5～3m，坡顶最大沉降量达3．5m;原地基最大的沉降量为0．5～1m;离坡顶30m外沉降量较小，为1m;沉降量基本是从坡脚到坡顶依次增加的，沉降量与填筑高度不成正比，填筑的高度越高，沉降量增加得越大。

2．3典型边坡潜在的弱面分析根据典型边坡剪应变分析(图5)可知:①典型边坡存在两条典型的剪应变带，第一条为从坡顶到坡体中部，以软弱层和中分化的炭质泥岩为潜在的弱面，第二条为从坡体中部到坡脚，以填筑体和黏土层、粉质黏土层为潜在的弱面;②剪应变较大区域主要集中在填筑体中部位置，剪应变为0．08～0．14m;③潜在的两条弱面没有形成贯通面。

3典型边坡变形监测分析

典型边坡变形监测结果见图6。图6中1、2和3号监测点分别位于典型边坡坡脚、坡体中部和坡顶，x是沿坡面的位移，z是坡体的沉降量。从x、z方向位移变化曲线与数值模拟结果对比分析可以得出:①从坡脚到坡顶，坡面方向和坡体沉降的位移依次增大;②从坡脚到坡顶增加的速率增大;③现场监测与数值计算之间变化规律方面表现一定的相关性;④在数值大小方面，数值计算的值大于现场监测值，说明，现场监测只能反映数值计算一部分的变化大小，加强现场监测对工程安全更有意义。

4结论

(1)坡脚部水平位移0．08～0．10m，坡体中部0．15～0．20m，坡顶最大水平位移0．22m;原地基最大的水平位移为0．06～0．10m。(2)坡脚部沉降量1．5～2．0m，坡体中部沉降量2．5～3m，坡顶最大沉降量达3．5m。(3)在坡脚反压及坡脚前方地形约束等作用下，边坡潜在弱面不连续，边坡基本稳定。(4)模拟结果与实际观测结果之间存在一定的差异。由于数值模拟整个变形结果，但是现场监测测出填筑后的变形情况。填筑体变形满足工程设计要求。

作者：高奋飞严克渊潘盛泽单位：贵州省水利水电勘测设计研究院