广东海业岩土工程有限公司
摘要：某丘陵区域修建高速公路，经常会遇到土质高边坡，其稳定性一直是工程界关注的热点问题。基于此考虑，本文依托山丘陵区某高速公路路基工程实例，首先利用GPS-RTK技术借助现场监测的侧向位移和竖向沉降数据，分析边坡支护结构的位移变化规律；然后借助有限元分析软件建立土质高边坡数值计算模型，结合边坡稳定性分析的强度折减理论，对边坡的安全储备进行计算。
关键词：土质高边坡；稳定性；变形监测
引言
近几年我国高速公路发展已经处于世界领先地位，然而受丘陵区域地质环境条件影响，高速公路路堤和路堑式路基结构形式较为常见。相比路堤式路基更多解决路堤填料问题，而低山丘陵区路堑式路基除面临基础挖方问题外，还面临如何解决土质高边坡稳定性的难题。
目前，国内外研究路堑高边坡稳定性的方法并不统一，但是归根到底来源于传统边坡稳定性分析方法。借助强度折减理论，通过不断折减边坡土层强度参数粘聚力和摩擦角来计算安全系数，进而评价边坡的安全稳定性能。目前，结合强度折减理论，借助传统有限元分析方法分析边坡稳定性，主要判据包括：（1）计算不收敛；（2）形成滑动位移场或塑性应变贯通区域。
然而，考虑到有限元计算多建立在诸多建设之上，而传统有限元分析模型较难考虑边坡土层的非均值特性，因此仅借助计算安全系数评价边坡稳定性较为单一。大量工程实践证明，结合现场测试边坡的变形监测数据亦可以达到分析其稳定性的目的。如果测试显示边坡变形发展不收敛，且增长速率过快，则认为边坡存在失稳的风险较大，需要进行专家评估，并提出相应的预警及处治预备方案。研究成果能够为类似工程实践提供参考依据。
1路堑边坡变形监测分析
1.1工程概况
某高速公路DK145+102～DK155+003标段为路堑式路基，处于低山丘陵区域，路堑边坡高度为12～23m。边坡坡脚采用挡土墙结构（宽1.2m，高4m），坡面采用肋拱式面墙支护。具体详图1示意图。
图1边坡剖面示意图
1.2GPS-RTK技术在边坡变形监测中的应用
1.2.1确定具体边坡监测点
一般来说，土质高边坡具体监测过程，边坡监测点尽量避免设置在坡底位置，这样可防止信号传输过程造成明显遮挡情况，这种遮挡情况对于使得监测卫星数量受到相应影响，进而导致GPS-RTK信号随之发生明显波动，所以监测点选择过程中尽量挑选遮挡物少且易监测位置。另外，应尽量埋置在坚硬土层以下的区域，这样才不会由于气候变化导致明显的移动情况，并将不同土层标志中线集中定位在同一铅垂线，并且监测点周边区域应设置醒目标识，便于后续观测，其可有效提升观测精度及观测工作效率。
1.2.2选择合适的安全预警参数
通常在高速公路建造过程中，基于边坡滑坡情况监测，其可进行有效预警，重点确保开采层同一侧变形检测点基本保持同向，实际水平位移量均应超过每天10mm以上。同时边坡原始地面平均沉陷量则应大于0.003H，H具体为开采深度单位，而边坡附近原始地面下沉速度也应大于每天10mm，总水平位移最大值则应大于0.006H，地面不均匀沉降也应超过0.0012H，边坡裂缝宽度极大值大于0.007H，并且相关裂缝宽度基本超过50mm。
1.2.3变形监测注意事项
首先确保天空卫星具有良好的分布情况，实际几何精度因子保持在2-3个，而探测卫星数量也应超过4个，其可以使用GPS/GLONASS集成接收机，这样可以确保接收效果。其次要求GPS接收机频率较高，这样才可真实、细致探测出边坡位移具体情况，并且依据现场情况选择相应的监测点，通常监测点应设置在易出现变形位置，尽量与大型发电机、高压线和微波信号发射台等装置设备保持一定距离，这样可有效防止出现信号干扰情况，监测点位置选择过程中尽量降低路径相关影响，这样可有效提升监测精度。接下来当前流动站的RTK差分状况，其主要使用超高频台电播发差分信号，这样可确保已采集的数据获得良好的传输效果。最后使用高质量及高效率的数据处理软件，这样可确保定位精度，并在测量作业完成后有效去除各种误差影响，进一步确保监测数据的精确度，这些工作均可通过数据处理软件完成。
1.3侧向位移监测结果
在每级边坡坡脚设置观测点，测试沉降和侧向位移。监测开始时间为2017年6月1日（护坡结构施工竣工后第三天），频率为2次/天。图2即为4个测点观测数据。
图3竖向沉降随时间变化曲线
综合监测结果可知：不同测点侧向位移和竖向沉降变化规律类似；侧向位移和竖向沉降整体较小，控制在5mm范围，且在支护结构施工结束后月25d内变形趋于收敛，验证了路堑高边坡稳定性较高。然而，考虑边坡受力机理的复杂性，仅通过现场测试位移评价边坡稳定性较为复杂，仍需借助数值模型进一步深入分析。
2高边坡整体稳定性分析
2.1数值模型建立
模型尺寸按图1所示，同时为避免边界条件对计算结果产生的误差，模型的纵向长度取20m。模型采用结构化网格划分技术划分，采用C3D8Ｒ六面体缩减积分单元。整个模型底边采用固定边界，纵向方向面采用法向约束，横向两侧地基限制侧向位移，其它区域采用自由约束。护坡结构采用等效荷载模型施加。
计算所需的参数详表1所示。
表1模型计算参考数据
3结论
（1）由现场测试结果可知，不同测点侧向位移和竖向沉降变化规律类似，侧向位移和竖向沉降整体较小，控制在5mm范围，且在支护结构施工结束后25d内变形趋于收敛，验证了土质高边坡稳定性较高。
（2）结合工况建立三维数值模型，对高边坡结构整体稳定性进行分析。结果表明，不考虑护坡结构安全系数为1.6左右，护坡结构在一定程度上提高了安全储备，考虑护坡结构安全系数为2.9，相应增加了81%。
（3）针对支挡结构的坡体，建议进行坡面整平，并采取适当的坡面防护措施，如拱型骨架、菱形骨架等，同时可在骨架内进行植草工程，以达到治理工程与景观美化效果的结合。
参考文献：
[1]重庆市城乡建设委员会，建筑边坡工程技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[2]中国地质调查局，滑坡防治工程设计与施工技术规范[M].中华人民共和国国土资源部，2016.
[3]胡军，董建华，王凯凯，黄贵臣.边坡稳定性的CPSO-BP模型研究[J].岩土力学，2016，37（S1）：577-590.
[4]陈国峰，陈从新.考虑水位变动影响的粘土质缓坡稳定性分析[J].岩土力学，2004，25（11）：1756-1757.