1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER63第 40卷第 2期0 引言为满足日益增长的航空运输需求，适应国民经济的快速发展，我国机场建设进入了蓬勃发展的时代1。然而，西南山区地形崎岖，地势起伏大，地质条件尤为复杂，严重制约了山区机场的建设发展。基于飞行程序的要求，山区机场的建设往往需要削山填谷，形成满足运行要求，保障飞行安全的场区。由于地形陡峭，高填方边坡填筑无法自然收坡时，需修建挡墙进行封闭，并且所需修建挡墙的高度远超规范，勘察设计及施工难度远大于常规工程。因此，有关山区超高挡墙设计建设的问题亟待研究解决。实际勘察过程中，对于基岩内部的软弱面、层面和反倾结构面等很难现场查探清楚，尤其
2、对于机场工程而言，广阔的场区范围更是加大了勘察难度，需要耗费极高的代价。因此，结合勘察资料，合理的假定层面和反倾结构面位置，借助计算机软件进行不同组合敏感性分析的研究工作显得尤为重要。通过敏感性分析，找出不利于边坡深层抗滑高填方机场超高挡墙边坡深层抗滑敏感性分析杨天凯，杨开成，王鸿祯（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）摘要：为满足山区高填方机场的建设需求，针对超高挡墙建设的难题，开展边坡深层抗滑敏感性分析。通过计算分析，对比基岩软弱层、层面和反倾结构面的不同组合工况，探究各敏感因素对深层抗滑稳定性的影响，明确最不利组合工况。结果表明：局部发育软弱层对深层抗滑稳定
3、性的影响较小；层面和反倾结构面分布越深对深层抗滑稳定性的影响越小；层面过墙踵，拐点位于墙趾竖直面时为最不利工况。关键词：高填方机场；超高挡墙；边坡稳定；深层抗滑中图分类号：TU470+.3文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)02-0063-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.016Analysis of Deep Anti-slip Sensitivity ofHigh Fill Airport Retaining Wall SlopeYANG Tiankai,YANG Kaicheng,WANG Hongzhen(Power Chi
4、na Kunming Engineering Corporation Limited,Kunming 650051,China)Abstract:In order to meet the construction requirements of high-fill airports in mountainous areas,in view of the construction problems of ultra-high retaining walls,a sensitivity analysis of deep slope anti-sliding was carried out.Thro
5、ugh calculation and analysis,the different combined working conditions of the weak bedrock layer,the layer and the anti-dip structural plane were compared,the influence of each sensitive factor on the anti-sliding stability of the deep layer was explored,and the most unfavorable combined working con
6、dition was determined.The results show that:1)Locally developed weak layers have little influence on deep sliding stability;2)The deeper the plane and anti-dip plane distribution is,the less influence it has on the anti-sliding stability of deep layer;3)The most unfavorable condition is when the sur
7、face passes the heel of the wall and the inflection point is located on the vertical surface of the toe of the wall.Keywords:high-fill airport;super-high retaining wall;slope stability;deep anti-slip收稿日期：2023-02-03作者简介：杨天凯（1994-），男，云南腾冲人，工程师，主要从事机场岩土工程勘察设计工作。*64云南水力发电2024 年第 2 期稳定性的层面与反倾结构面组合的分布范围，为
8、下一步勘察设计工作提供指导，进而为深入研究边坡大体积填筑及超高挡墙建设的深层抗滑稳定的相关工作奠定基础。1 研究现状敏感性分析本质上是一种针对模型的诸多自变量对因变量影响程度进行定量描述的方法2。建立的模型，基岩软弱层、层面和反倾结构面的位置组合是自变量，深层抗滑稳定安全系数是因变量。敏感性分析的方法因其方便快捷，相对试验研究方法可节省资源的特点，被广泛应用于工程研究领域。章光等3以拉西瓦地下工程为例，对其稳定性进行了敏感性分析，为试验方案的优化奠定了基础；兰恒星等4基于 GIS 对云南小江流域的滑坡因子进行了敏感性分析，确定了利于滑坡发育的断裂、坡度、高程、结构和岩性等影响因子；叶海林等5以
9、典型锚杆支护边坡为例，基于有限元强度折减法对岩质边坡锚杆支护参数进行了地震敏感性分析。对于深层抗滑的敏感性分析，国内相关的研究工作主要集中在大坝建设领域的重力坝和水闸等水工建筑物设计建设中。曹其光等6对重力坝深层抗滑稳定计算中刚体极限平衡法相关的角度、进行了参数敏感性分析，发现上述参数会影响安全系数的计算结果；王雯等7依托工程实例，采用正交设计的方法，对大坝深层抗滑的参数敏感性进行分析，得到敏感参数的大小排序，为实际工程的处理措施提供参考；王志强等8以安全系数作为指标，针对各影响因素进行基于灰色关联法的敏感性分析，根据分析成果提出了工程处理措施建议。文献调研发现，现有的研究工作中，少有对于高边
10、坡领域的深层抗滑敏感性分析工作。因此，借鉴前人在大坝建设领域积累的丰富经验方法，开展超高挡墙和填筑边坡的深层抗滑敏感性分析的相关研究工作十分必要。2 模型建立2.1 计算断面根据勘察资料提供的地质剖面、平硐展示和钻孔信息，结合边坡填筑及挡墙设计方案，建立分析计算模型。其中，基岩顺坡向层面倾角为37.9，厚度为 6 cm，反倾结构面倾角为 28.9，厚度为 12 cm，挡墙高度为 60 m，计算剖面如图 1所示。2.2 参数取值根据勘察资料，各岩土体物理力学参数取值见表 1。?a、软弱层与反倾结构面组合?b、基岩层面与反倾结构面组合图 1 计算剖面简图 表 1 各岩土体物理力学参数取值表名称容重
11、/（kNm-3）粘聚力/kPa 内摩擦角/填筑体21.7038耕土16.5208黏土183010强风化燧石灰岩24.512525中风化燧石灰岩26.51 00042.5中风化灰岩层面1910028反倾结构面2011033C25 墙体混凝土25-杨天凯，杨开成，王鸿祯 高填方机场超高挡墙边坡深层抗滑敏感性分析653 方法及工况3.1 计算方法基于刚体极限平衡法的理论，借助相关计算软件，采用简化的 Bishop 法9，对边坡及挡墙整体进行条分法计算分析，得到深层抗滑稳定安全系数。3.2 工况说明结合拟分析探讨的内容和勘察资料，此次所有的分析计算均不考虑地下水位的影响，仅对比研究基本荷载组合下超高挡
12、墙填筑边坡的深层抗滑稳定安全性。主要的计算工况说明如下。1）不考虑基岩的层面和反倾结构面，分析含挡墙的填筑边坡整体沿软弱层剪断基岩滑动的稳定安全性。2）软弱层和基岩反倾结构面不同组合的敏感性分析。计算含挡墙的填筑边坡整体沿软弱层和反倾结构面滑动的稳定安全性。其中，从组合拐点位于墙踵竖直面起算，反倾结构面试算间距为10 m，共计 11 种组合工况。3）基岩层面和反倾结构面不同组合的敏感性分析。计算含挡墙的填筑边坡整体沿软弱面和反倾结构面滑动的稳定安全性。其中，层面从墙踵位置起算，竖直间距 10 m，反倾结构面从墙趾竖直面与层面相交处起算，竖直间距 20 m，共计 30种组合工况。参考SL 319
13、-2018 混凝土重力坝设计规范10中第 6.4.3 条相关规定，对于 1 级坝，基本荷载组合下取边坡深层抗滑稳定安全系数允许值为1.35。4 结果分析4.1 结果汇总1）沿软弱层剪断基岩滑动。限定滑动面沿软弱层分布，计算得到边坡的深层抗滑稳定安全系数为 4.719，结果如图 2 所示。2）软弱层和反倾结构面组合敏感性分析。限定滑动面沿软弱层和反倾结构面分布，计算得到边坡的深层抗滑稳定安全系数见表 2，典型工况计算结果如图 3 所示，安全系数计算值随拐点的深度变化如图 4 所示。3）层面和反倾结构面组合敏感性分析。限定表 2 计算结果汇总表编号拐点深度/m安全系数计算值允许值127.99.98
14、11.35234.56.8091.35341.14.9511.35446.54.5321.35552.04.2371.35657.43.9481.35762.63.6621.35867.43.4041.35971.83.1501.351075.62.9521.351178.32.7611.35注：拐点为软弱层和反倾结构面交点，深度从挡墙基底起算。图 3 典型工况计算结果图a、工况 1b、工况 11滑动面沿基岩层面和反倾结构面分布，计算得到边坡的深层抗滑稳定安全系数见表 3，典型工况计算结果如图 5 所示，安全系数计算值随结构面深度变化如图 6 所示。图 2 沿软弱层剪断基岩滑动计算结果图66云
15、南水力发电2024 年第 2 期表 3 计算结果汇总表编号层面深度/m结构面深度/m 安全系数计算值允许值1-10101.0471.351-2301.2681.351-3501.4231.351-4701.4961.351-5901.5321.351-61101.5431.352-110101.7321.352-2301.4131.352-3501.5431.352-4701.6051.352-5901.6231.352-61101.6271.353-120102.3931.353-2301.5451.353-3501.6591.353-4701.7101.353-5901.7211.353-
16、61101.7101.354-130102.9791.354-2302.0211.354-3501.7551.354-4701.7981.354-5901.8041.354-61101.7841.355-140103.4211.355-2302.4781.355-3501.8211.355-4701.8801.355-5901.8831.355-61101.8601.35注：深度从挡墙基底起算。4.2 分析与讨论结合上述数据及图表分析，讨论如下。1）如图 2 所示，不考虑基岩层面和反倾结构面时，边坡整体沿勘察资料提供的软弱层并剪断基岩滑动时，深层抗滑稳定安全系数为 4.719，满足规范要求。说
17、明仅局部存在软弱层时，剩余完整的基岩提供了较高的抵抗力，边坡整体的深层抗滑稳定安全性较高。2）结合表 2、图 3 和图 4，分析深层抗滑稳定安全性对软弱层和反倾结构面组合的敏感性。不难发现：随着软弱层与基岩反倾结构面组合拐点距离挡墙基底的深度增加，深层抗滑稳定安全系数的计算值逐渐减小，说明与软弱层的组合中，基岩反倾结构面越靠近坡脚越不利于边坡的深层抗滑稳定安全性。各组合工况安全系数的计算值始终大于规范允许值 1.35，故基于勘察资料提供的软弱层与基岩反倾结构面的组合分析，超高挡墙填筑边坡的深层抗滑稳定安全性满足要求。3）结合表 3、图 5 和图 6 分析深层抗滑稳定图 4 安全系数随拐点的深度
18、变化图a、工况 1-1b、工况 5-6图 5 典型工况计算结果图图 6 安全系数随拐点的深度变化图杨天凯，杨开成，王鸿祯 高填方机场超高挡墙边坡深层抗滑敏感性分析67安全性对基岩层面和反倾结构面组合的敏感性。不难发现：反倾结构面深度相同时，深层抗滑稳定安全性随基岩层面深度的增加而提高，说明越靠近挡墙基底的层面对边坡深层抗滑稳定安全性的影响越大；5 组不同层面深度的深层抗滑稳定安全系数计算值随着反倾结构面深度的增加趋于稳定，说明反倾结构面距离挡墙越远，对深层抗滑稳定安全性的影响越小；层面深度为 0 m时，随着反倾结构面的深度增加，深层抗滑稳定安全系数逐渐增大，其中与深度为 10 m 和 30 m
19、 的两组反倾结构面的组合下，深层抗滑稳定安全系数的计算值分别为 1.047 和 1.268，均小于规范允许值 1.35；除层面深度为 0 m 的组别外，其余 4组安全系数变化规律均为先迅速减小再缓慢增大，结合层面与结构面的组合分析发现，组合拐点位置以墙趾竖直面为界与安全系数变化规律相符，说明组合拐点位于墙趾竖直面右侧不利于深层抗滑稳定安全性；综合上述敏感性分析，层面与结构面组合的最不利工况为层面过墙踵且拐点位于墙趾竖直面，实际勘察设计过程中需重点关注挡墙基底约 40 m 范围内的层面与反倾结构面的组合分布情况。5 结束语结合上述敏感性分析与讨论，得出的主要结论如下。1）局部的软弱层分布对深层抗
20、滑稳定性影响不大，基岩自身抗剪能提供较大抵抗力。2）仅对本算例而言，软弱层与反倾结构面的各种组合工况下边坡的深层抗滑稳定性满足要求。3）基岩层面与反倾结构面距离挡墙基底越远，对边坡深层抗滑稳定性的影响越小。4）边坡深层滑动的最不利工况为层面过墙踵，拐点位于墙趾竖直面的组合，实际勘察设计需重点关注拐点位于墙趾竖直面以外，靠近挡墙基底一定范围内的层面与反倾结构面组合分布情况。超高挡墙填筑边坡的深层抗滑稳定性是制约山区高填方机场建设的关键因素之一。实际工程建设过程中，应结合敏感性分析计算的成果，综合运用各种勘察手段，探明边坡基岩的软弱层、层面及反倾结构面等分布情况，根据现场试验、室内试验和类似工程经
21、验等确定合理的物理力学参数，还要开展理论分析、数值模拟及模型试验等研究工作，确保拟建设超高挡墙填筑边坡的安全稳定性。参考文献：1周虎鑫，周立新.高填方机场岩土工程技术指南M.北京：人民交通出版社，2017.2蔡毅，邢岩，胡丹.敏感性分析综述J.北京师范大学学报：自然科学版，2008,（1）:9-16.3章光，朱维申.参数敏感性分析与试验方案优化J.岩土力学，1993,（1）:51-58.4兰恒星，伍法权，周成虎，等.基于 GIS 的云南小江流域滑坡因子敏感性分析 J.岩石力学与工程学报，2002,（10）:1500-1506.5叶海林，黄润秋，郑颖人，等.岩质边坡锚杆支护参数地震敏感性分析J.岩土工程学报，2010,32（9）:1374-1379.6曹其光，苏怀智，王帅，等.重力坝深层抗滑稳定计算中各参数的敏感性分析J.水电能源科学，2011,29（5）:63-66.7王雯，顾中明，杨杰，等.基于正交设计的大坝深层抗滑稳定敏感性分析J.西安理工大学学报，2018,34（3）:321-325.8王志强，张文毅，邹建锋，等.基于灰色关联法的大坝深层抗滑稳定敏感性分析J.电气技术与经济，2021,（3）:55-58.9戴自航，沈蒲生.土坡稳定分析简化 Bishop 法的数值解J.岩土力学，2002,（6）:760-764.10SL 319-2018 混凝土重力坝设计规范S.
