【摘要】本文依托湖南省衡桂高速公路对红粘土路堑边坡稳定分析及防护对策进行了探讨。 【关键词】红粘土；稳定分析；防护对策 【 abstract 】 this paper based on HengGui hunan province freeway on the red clay cut slope stability analysis and protective measures are discussed.
【 key words 】 the red clay; Stability analysis; Protective measures
中图分类号：Q938.1+3文献标识码：A 文章编号：
红粘土是一种较为复杂的工程性质土壤，主要分布在我国的南方，又以西南、华南、中南地区较为集中，其形成过程非常复杂，是一种物理和化学共同作用下形成的产物。由于各种基本单元的作用使得红粘土非常的松软，致使路堑边坡的不稳定，这无疑给高速公路的建设带来了一定程度的危害，因此，对红粘土路堑边坡进行稳定分析及防护对策有着相当重要的意义。本文主要以湖南省衡桂高速公路为依托进行研究，该工程地处湘南境内，由于长期受到潮湿多雨气候的影响，该区域分布着较多地红粘土，液限范围50%-80%，塑性范围25%-45%，土质上硬下软，边坡开挖后易失稳，且具有弱膨胀性，给路基施工尤其是路堑边坡的有效防护带来不利影响。
1基于强度折减法的红粘土边坡稳定分析
1.1影响边坡稳定性的因素
影响边坡稳定性的因素有多种情况，主要分为内部和外部两大因素，内部因素主要包含了组成边坡岩体的结构和类型以及物理力学等方面；而外部因素主要包含了边坡的地理位置及土质等方面原因，其中人为也可能造成边坡出现不稳定情况。
1.2强度折减法基本原理
在边坡的稳定分析中强度折减法已成为了较为广泛的方法。在对边坡的稳定性进行极限平衡分析时，对其滑裂面的安全系数进行定义，通过降低其抗剪强度，有效控制了滑裂面的极限平衡，并将其强度的数据作为该工程的安全数据[1]。
1.3模型参数
经由地质勘测得出结论，该工程K24+800～K53+800地段表层所覆盖土层均为红粘土，主要分布在丘坡等位置，由于红粘土的土质较为松软，随着下伏基岩面的变化其厚度也相应地变化，该工程的局部范围还存在较多的溶洞。
1.3.1网格划分和约束条件该工程的网格划分如图所示。约束条件则主要是通过将模型的左右两侧进行水平移动，而对其底部进行水平运动以及竖直位移，其他则主要是进行自由约束。
1.3.2本构模型的选择对该工程的路堑边坡进行分析时，主要采用摩尔库仑模型开展。在摩尔库仑模型中R1、R2、R3为其主要应力。通过将主应力与主方向结合起来计算，对其应力的张量及引起的分量进行核算，其中压应力应当为负值。在获得主应变的增量后，
再对其弹性及塑性进行关联，最后通过胡克定律获得所需要的信息。
1.4红粘土路堑边坡影响因素计算与分析
1.4.1考虑地下水位及路堑边坡坡率的影响由于红粘土非常容易受到的水的影响，因此，其水位的高低对路堑边坡有着非常大的影响。而该工程主要考虑两种情况，如下图。
在确定了粘聚力、内摩擦角及坡率后，通过强度折减法对其安全系数进行计算，通过对获得的数据进行分析得出，其中地下水位若越低，则该工程的安全系数也随之增高。当红粘土和高液限土路堑边坡处在6米或6米以下情况时，路基边坡设计时应当将坡率控制在1.25到1.5范围内，本文主要对三种坡率情况进行了相应的计算，在选取基本参数时应当结合粘聚力、内摩擦角及侵润线的具体位置，并通过强度折减法获得所需的安全系数。
从以上数据中可以得出，当坡率越大时其安全系数也随之降低，若坡率越小则其安全系数也随之升高。
1.4.2考虑粘聚力及摩擦角的影响通过室内验证得到相应的结论，若红粘土含水量不同时，其粘聚力及摩擦角也随之出现一定的变化，本文罗列了三种情况进行了分析，充分说明了其中的变化。
从以上数据中可以分析得出，不同的粘聚力、摩擦角，其安全系数也不同，并且结合数据非常明显的看出，粘聚力和摩擦角越小其安全系数也就越小，而相反地粘聚力和摩擦角越大其安全系数也就随之变大[2]。简而言之，红粘土的粘聚力和摩擦角越小即可能会因暴雨等方面的原因给工程带来不可估量的危险，因此，边坡开挖后应尽早做好排水工程，防止红粘土的粘聚力和摩擦角下降而导致高速公路路基出现问题。
2红粘土路堑边坡防护对策
2.1边坡高度及坡率在衡桂高速K24+800～K53+800段红粘土挖方边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡及红粘土本身具有的膨胀性所致,因此红粘土边坡高度及坡率应满足规范要求，并根据实际地质情况进行调整。挖方边坡高度一般不宜超过20m，超过8m时设台阶，边坡坡率为1：1.5～1：1.75，路堑边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。
2.2圬工及生态防护由于红粘土在出现失水现象时，非常容易出现土地硬化的情况，而若侵水过久则会使土壤过分软化[4] ，其粘聚力和内摩擦角也将随之变化，稳定性必然随之降低。因此，在旱季或雨季，红粘土非常容易出现边坡失稳。为此该工程在对其进行防护时，主要针对地表水的冲刷及下渗进行防护[3]。在该工程中，红粘土多具有膨胀性，这使得其路堑边坡防护还需要考虑到膨胀问题：
2.2.1 边坡高度H≤3m，采用草皮护坡，并种植当地灌木；边坡高度H>3m，采用拱型骨架内草皮护坡并在主骨架下设干砌片石支撑渗沟，再种植当地灌木；坡脚处视情况设置挡土墙。
2.2.2 本工程采用综合排水体系，使危害路基性能及稳定的地表水、地下水能顺畅排走，防止积水浸泡路基、地下水侵蚀路基。
2.2.2.1 路堑顶部设置截水沟，防止水流冲蚀坡面、侵蚀坡体。
2.2.2.2 较一般路段适当加深边沟，边沟深度不小于80cm，并采用浆砌片石固化。
2.2.2.3台阶式高边坡，应在每一级平台内侧设截水沟，截取上部坡面水，并与边坡浆砌片石拱型骨架护坡主骨架连通，并入切方区边沟，形成有效的边坡三维立体排水体系。
2.3 红粘土塌方边坡处治
2.3.1放缓边坡是边坡处治的最常用措施之一，通过削坡，削掉一部分边坡不稳定岩土体，提高边坡的稳定性；
2.3.2 对部分不稳定的边坡设大型挡土墙稳固坡脚，并严格按规范做好其台背排水工作，防止雨季坡体积水导致红粘土膨胀而引发病害。挡墙基础宜采取分段间隔开挖至设计标高，经检测满足要求后应及时砌筑，以免边坡失稳及基底承载力降低[4]。
3结论
3.1 影响红粘土路堑边坡稳定的外因主要有地下及地表水、坡率；内因主要有粘聚力、摩擦角、自由膨胀率等；
3.2红粘土路堑边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。其挖方边坡高度不宜超过20m，超过8m时设台阶，边坡坡率不宜陡于1：1.5；
3.3 采用坡面设置拱型骨架内草皮护坡及干砌片石支撑渗沟并种植当地灌木、坡脚设挡土墙、优化综合排水体系等一系列方法，能有效排除坡面地表水，起到分割并稳固坡体的作用。
【参考文献】
[1] 姜洪涛.红粘土的成因及其对工程性质的影响[J]. 水文地质工程地质, 2000,(03) .
[2] 李海光. 红粘土铁路路堑边坡的防护[J]. 路基工程, 1994,(05)
[3] 王镇光. 红粘土的工程地质特征及防治措施[J]. 科协论坛(下半月), 2009,(01) .
[4] 陈开圣,胡鑫. 高液限红粘土变形特性研究[J]. 公路交通科技, 2010,(03) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。