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暴雨工况下的黄土边坡到底该怎么算?

 

(1)是否可以参考常规粘性土边坡在饱和工况中土层全部采用饱和参数来进行稳定性计算?

 

   有同仁认为,按照国家行业标准路基设计规范要求,黄土边坡应该完全参考规范3.7进行设计,但是具体采用哪种方法没有明确,建议采用毕晓普法来计算,同时根据条文说明,土层应该按照饱和参数来计算,因此建议对整个边坡采用饱和参数来计算,但是由于试验做出的饱和参数相较天然参数小之又小,提出在天然工况下稍作折减,如乘以0.9的系数,这样可以确保饱和工况能够算过,符合地方经验。
  我认为,这是不可以的,黄土边坡、高液限土边坡、膨胀土等特殊性土边坡均具有自身独特的特点,其对水的敏感性不能和一般土质边坡采用相同的办法来进行计算!黄土边坡天然工况下直立性好、稳定性高,因此高边坡设计中常采用“陡坡率、宽平台”的设计进行设计,确保不会发生整体边坡滑动破坏。但是当地表水入渗后,由于其同步具有大孔隙、垂直裂隙的鲜明特点,抗剪强度急剧减小,根据取样试验结果来做分析:
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  可以明显发现饱和状态的参数明显要小的多,如果饱和工况所有土层均采用饱和参数进行计算(实际就是滑动面范围所有土层为饱和),由于饱和参数多是结合地方标准、经验总结对天然状态指标进行的折减,设计将与目前建成几乎所有的高等级公路实际情况相悖,综合坡率需要进一步放缓。如果对天然参数适当折减来作为饱和参数,确实能算过,但是其理论意义是根本说不通的,水对黄土的影响丝毫没有体现,也没有体现黄土边坡发生整体破坏时后缘常有多条垂直裂隙的特点,因此应结合其土体特性、失稳机制来综合考虑。

  (2)黄土边坡结合部颁指引是否可以按照浅层滑塌来考虑3-5m范围内饱和来计算。

  安全提升工作指引(试行)》7.2.4条文如下:

 

1 - 副本.png

 

  我认为,可以,但应针对的是全边坡局部范围内的边坡。部颁指引更多的是针对浅层稳定性计算,如考虑冻融循环、非黏性土的折线形破坏等,前面第一条已经论述了黄土边坡的特点,其综合坡率设置合理,整体稳定性不会有问题,但在现实中经常可以看到瞬时强降雨下局部坡级边坡会发生浅层溜塌,这是黄土边坡最常见的一种破坏模式—局部浅层稳定性问题,因此,当整个高边坡根据稳定性分析确定好综合坡率后,还应对两个宽平台中间的坡级部分进行浅层稳定性分析,这时可以对边坡取3-5m的饱和区域进行计算,但入渗深度采用经验值理论性不完善,建议有条件应考虑非饱和土入渗采用VG模型进行入渗分析得到真实浸润线后再进行计算,但所获取的水土特征曲线较为困难,一般也只能通过查询文献获得,所以对于局部坡级的黄土边坡是可以采用该办法来验算浅层溜塌风险的。

  (3)黄土边坡整体稳定性建议方法是什么?

   我认为,无论是一公院编制的《黄土地区公路路基设计与施工技术规范(JTG/TD31-05—2017)》,还是二公院编制的《公路路基设计手册》,均已经明确表示,圆弧裂隙法最合理。对于有明显垂直裂隙特点的黄土边坡,根据《黄土地区公路路基设计与施工技术规范(JTG/TD31-05—2017)》5.4可以明确得到黄土边坡的潜在垂直裂隙,通过垂直裂隙来真实的分析水压力的作用。这里有同仁会问了,那黄土边坡顶部又不是一条裂隙,可以是多条啊,没错!但是当发生滑动的时候肯定会有一条最深的裂隙贯通,那么水的作用就在裂隙中进行了真实且客观的体现,不需要进行参数折减。

   参考毕肖普法的典型公式,当考虑静水压力时,其力学参数应选用的是有效强度,而不应该是折减后的强度,这里可以用应力路径公式来做更好的诠释:σ(总应力)=σ(有效应力)+u(水压力),当有明确的水压力作用时,有效应力即其有效强度不变得到的就是现实的总应力情况,如果水压力是多少不确定时,那么只能先将u预设为0,然后对有效强度进行折减,通过调整有效应力的值来近似的刻画总应力情况。需要注意的是由于有垂直裂隙除了毕晓普公式中的水压力作用,还有垂直裂隙高度范围内水压力V的作用(简化Bishop法应综合同时考虑裂隙充满水的水平向压力及滑动面贯通饱水或部分饱水的情况,公式应结合理论进一步完善)。

 

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    那么我们建议黄土边坡应实现以下下的分析情形:

   (1)对于整体稳定性,应采用圆弧裂隙法来进行稳定性分析,真实刻画水的作用,不夸大导致设计过于保守;

   (2)设有大平台的深路堑,除应对整个边坡采用裂隙圆弧法进行稳定性计算外,尚应对大平台毗邻的上下分段边坡进行局部稳定性计算,这时应考虑在降雨作用下黄土边坡易发生的局部浅层滑塌作用,根据指引选取3-5m饱和区域进行计算。

   (3)规范裂隙圆弧法应等同于“有效强度+裂隙满水+滑面水压力”,水对黄土边坡的作用不言而喻,如果忽略了黄土的大孔隙、垂直裂隙特点而当其是一般土质边坡来算,这样的结果是不被人所信服的,我甚至认为都过不了自己这关!

    无论怎么样最终专项设计应以瞬态入渗计算产生的孔压场为核心,而不是预先指定一个希望得到的参数折减幅度,如果是这样,不如不算!

 

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