同时，由于路堤填料来源不同且受压实度的影响较大，而斜坡软弱地基类型多样、成因复杂，性质各有差异，因此，本节基于Slide软件内嵌的敏感度分析功能，探讨路堤、斜坡软弱层和防滑铲回填材料的参数对稳定性影响的敏感度。......
2023-10-03
防滑铲对稳定安全性的影响研究
【摘要】：图6-43还表明，经防滑铲处治后，斜坡软弱地基路堤稳定安全系数由无处治措施时的1.157增加到1.260。斜坡软弱层坡比对路堤稳定性影响显著。在斜坡软弱层坡比居中，为1∶5时，稳定安全系数Fs＝1.0的水平直线与稳定安全系数变化曲线相交于防滑铲深度为3.5 m处，说明在斜坡软弱层坡比居中时，防滑铲深度对斜坡软弱地基路堤安全稳定性的影响存在一个临界值，该值可为实际工程中兼顾安全性和经济性提供参考。
6.6.1.1 Slide计算模型构建
此处建立如图6-41所示的防滑铲处治斜坡软弱地基路堤计算模型，其中路堤顶面宽度为7.5 m，路堤中心线填高为8 m，斜坡软弱层厚11 m，于路堤下坡脚斜坡软弱层内设置边坡坡比为1∶1、底宽6 m的倒梯形防滑铲，重点讨论斜坡软弱层坡比1∶n和防滑铲深度h变化对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响。路堤下坡脚落于防滑铲顶部中间位置，防滑铲深度以其左侧壁与斜坡软弱层顶面的交点至防滑铲底部的垂直距离为准。土体材料采用Mohr-Coulomb强度模型，参考文献[51]及工程经验，材料参数如表6-7所示。
计算采用简化Bishop条分法，垂直条分土条数目为25。最危险滑动面的搜索方式采用网格搜索，即在计算开始之前自行确定矩形网格的尺寸和密度（本模型采用20×20的搜索网格），每一个网格节点即为搜索圆弧的圆心。Slide软件根据设立的边坡界限自动确定有效圆弧滑面的最小和最大半径，将两者之间的半径间隔等分为m份（本模型中m＝10），则每个圆心对应m＋1个可能滑动面，分别计算出各滑动面的安全系数，取其中的最小值为该圆心所对应的安全系数。以此类推，计算出每个圆心对应的安全系数，再在其中取最小值作为整个结构的最小安全系数，该系数所对应的可能滑动面即为最危险滑动面。计算时，应适当调整搜索网格的位置，以确保计算得到的最小安全系数所对应的圆弧滑动面的圆心大致处于搜索网格的中心。
图6-41 防滑铲处治斜坡软弱地基路堤模型示意（未按比例，单位：m）
表6-7 防滑铲处治斜坡软弱地基路堤材料参数
6.6.1.2 可能滑动带及最危险滑动面变化
图6-42分别给出了斜坡软弱层坡比1∶n＝1∶10，有无防滑铲时稳定安全系数相对最小的400个有效滑动面，这些有效滑动面的分布区域形成了路堤的可能滑动带，其中有防滑铲时其深度h＝4 m。宏观看来，无防滑铲处治时，可能滑动带靠近路堤下坡脚，且从防滑铲拟处治区域通过；而有防滑铲处治时，可能滑动带远离路堤下坡脚，且整体下移，从防滑铲下部通过。
图6-43以有无防滑铲时可能滑动带中的最危险滑动面形态为例，开展具体代表性比较。由图可见，因对称性丧失，有无防滑铲处治时斜坡软弱地基路堤的最危险滑动面均向路堤下坡脚方向倾斜，表现为通过路堤本体与斜坡软弱层的圆弧状，未下切入下卧刚硬层。但二者分布区域有所差异，无处治措施时最危险滑动面上端与路堤顶面相交，下端与防滑铲拟设位置处斜坡软弱层顶面相交，且从防滑铲拟设位置中部通过；而有防滑铲处治时，最危险滑动面上端右移，与路堤右侧边坡坡面相交，下端则左移，与防滑铲外侧斜坡软弱层顶面相交，且滑动面位置整体下移，从防滑铲下部通过。图6-43还表明，经防滑铲处治后，斜坡软弱地基路堤稳定安全系数由无处治措施时的1.157增加到1.260。
图6-42 有无防滑铲处治时可能滑动带形态比较（单位：m）
图6-43 有无防滑铲处治时最危险滑动面形态比较（单位：m）
6.6.1.3 不同斜坡软弱层坡比下防滑铲深度对稳定安全系数的影响
保持材料参数如表6-7不变化，根据图6-41所示建立的模型，图6-44给出了斜坡软弱层坡比1∶n分别为1∶2.5、1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5，防滑铲深度h分别为0 m、2 m、3 m、4 m、5 m、6 m的情况下，稳定安全系数Fs的变化情况。
由图6-44可知：在斜坡软弱层坡比一定的情况下，稳定安全系数随着防滑铲深度的增加而提高，在本节所选斜坡软弱层坡比计算条件下，除1∶2.5之外，其余斜坡坡比下的稳定安全系数随防滑铲深度的增加近似呈线性增大，防滑铲深度为6 m时的稳定安全系数比未设防滑铲时增大6.9%～23.7%，防滑铲深度对斜坡软弱地基路堤稳定性影响显著。
图6-44 稳定安全系数与地层坡度和防滑铲深度的动态变化关系
在防滑铲深度一定的情况下，随着斜坡软弱层坡比减小，稳定安全系数得以提高，但提高幅度相应减弱。同一防滑铲深度的情况下，斜坡软弱层坡比为1∶12.5时的路堤稳定安全系数为斜坡软弱层坡比为1∶2.5时的1.73～2.00倍。斜坡软弱层坡比对路堤稳定性影响显著。
选取稳定安全系数Fs＝1.0作为判断斜坡软弱地基路堤是否失稳的标准，可知，斜坡软弱层坡比较大，为1∶2.5时，即便防滑铲深度达到6 m，防滑铲底部边缘已接近于下卧刚硬层顶部时，稳定安全系数仍远小于1.0，这说明在斜坡软弱层坡比较大的情况下，防滑铲单一处治措施对提高斜坡软弱地基路堤稳定性效果有限。在斜坡软弱层坡比居中，为1∶5时，稳定安全系数Fs＝1.0的水平直线与稳定安全系数变化曲线相交于防滑铲深度为3.5 m处，说明在斜坡软弱层坡比居中时，防滑铲深度对斜坡软弱地基路堤安全稳定性的影响存在一个临界值，该值可为实际工程中兼顾安全性和经济性提供参考。在斜坡软弱层较缓，坡比不大于1∶7.5时，稳定安全系数随着防滑铲深度的加大而提高且都大于1.0，实际工程中可根据工程安全储备比例确定防滑铲深度。
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