［提要］ 延安煤油气资源综合利用项目厂址主要位于洛河两岸的黄土边坡上，场区高边坡的稳定性尤为突出，本文结合场区工程地质条件及相应规范，对典型高边坡进行优化设计，并针对天然工况、暴雨或连续降雨工况和地震工况条件下进行高边坡工程的稳定性分析，结果表明：经优化设计后的边坡安全系数满足工程的设计要求。期望通过本文提出的设计理念，为类似工程提供有益的参考。
关键词：黄土高边坡；稳定性分析；圆弧法；优化设计
中图分类号：TB2 文献标识码：A
收录日期：2012年3月2日
一、引言
富县丰富的煤气资源、便利的交通条件、广阔的土地资源、富集的水电资源、良好的人居和投资环境，2008年陕西省发改委决定延安能化公司煤油气资源综合利用项目厂址确定在富县洛阳镇洛阳村，洛河从洛阳村北侧和西侧流过，本项目的建设用地坐落在洛河两岸。
该项目区域内地貌特征主要为单斜地形，拟开挖边坡高度最高达120m之多，洛河东西两侧场区内地貌、地层岩性复杂，富含地下水，且多有不良地质作用。由于其独特的地层条件和区域水文地质条件，大量文献表明，对于具有较强裂隙性、结构性、水敏性的黄土地层来说，在人工开挖、降雨入渗和地震荷载等工况下，边坡的开挖将会产生不安全因素。可见，高边坡开挖施工可能会严重影响厂区的建设进度和厂区的安全经营，有必要对场区的高边坡进行工程治理并对其削坡后的边坡稳定性进行演算分析，保证工程的安全施工和运营，本文拟从工程勘察结果，结合相应的设计规范，提出具有典型代表性高边坡的设计原则和方案，并采用圆弧法和裂隙圆弧法来分别计算不同工况下高边坡的安全系数，对设计结果进行演算，为陕北地区类似高边坡工程的设计提供参考。
二、高边坡工程的地质条件
拟建场地地貌单元属黄土粱、峁、沟壑地带。场地地形地貌详见图1和图2。据勘探揭露，场地地层岩性自上而下依次为：耕植土、第四纪全新世坡、洪积黄土状土；第四纪晚更新世风积黄土、残积古土壤；第四纪中更世风积黄土、残积古土壤，三叠系下统瓦窑堡组砂岩及砂、页岩互层体。建设场地地下水可划分为4个含水岩组，即黄土梁峁潜水含水岩组、第四系冲积层潜水含水岩组、中生界裂隙孔隙潜水含水岩组、中生界裂隙孔隙承压水含水岩组。（图1、图2）
根据现场调查，边坡的不良地质作用主要有五种：黄土剥落、坡面冲刷、黄土塌陷、黄土崩塌和黄土滑坡，详见图3和图4。（图3、图4）
三、高边坡总体设计
根据《建筑边坡工程技术规范》，并参照相关技术规范进行设计；同时，考虑到高边坡综合治理工程的主要保护对象为陕西延长石油集团延安煤油气资源综合利用项目厂区西区，属国家大型企业，边坡的安全等级为一级边坡，采用动态设计方法，支护结构的重要性系数采用1.1。
（一）东区高边坡设计。开挖边坡采用放坡+适当支护+排水系统+坡面绿化的措施，基岩坡比为1∶0.5，一级高度为8米，台阶宽2米，下部黄土采用1∶0.75的坡比，为了增加绿化的面积及边坡的稳定，每级边坡高度由工可设计的8米变为4米，单级平台宽度3米，每隔5级增设一个宽平台，平台宽度为8～18米；上部黄土采用1∶1坡比，每级边坡高度为4米。对基岩部分采用护面墙及主动防护网进行防护，下两级采用护面墙，上部砂泥岩互层采用主动防护网防护，黄土部分进行护脚和护肩，每级平台设置平台排水沟，坡顶设截水沟，坡面每隔80米设置一道急流槽，坡角设置碎落台及排水沟；平台进行植树（刺槐），坡面植草绿化；对于厂区周边低于场平高程处设置护壁式挡土墙。具体断面设计见图5。（图5）
（二）西区高边坡设计。根据计算结果，西区开挖边坡采用放坡+适当支护+排水系统+坡面绿化的措施，开挖边界根据排水渠、厂外公路及围墙确定，基岩坡比为1∶0.5，一级高度为8米，台阶宽2米，下部黄土采用1∶0.75的坡比，为了增加绿化的面积及边坡的稳定，每级边坡高度由工可设计的8米变为4米，单级平台宽度3米，每隔5级增设一个宽平台，平台宽度为8～18米；上部黄土采用1∶1坡比，每级边坡高度为4米。对基岩部分采用护面墙进行防护，黄土部分进行护脚和护肩，每级平台设置平台排水沟，坡顶设截水沟，坡面每隔80米设置一道急流槽，坡角设置碎落台及排水沟；平台进行植树（刺槐），坡面植草绿化。具体断面设计见图6。（图6）
四、不同工况下高边坡稳定性分析
对东区和西区最高断面进行边坡开挖稳定性计算，采用圆弧法计算的安全系数正常工况采用1.30，非常工况Ⅰ采用1.20，非常工况Ⅱ采用1.15，根据《中国地震动反映谱特征周期区划图》和《中国地震动峰值加速度区划图》：地震动峰值加速度a=0.067g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。根据抗震规范，提高一级设防，具体见表1。（表1）
参考场地边坡勘察及场地勘察各层黄土的力学特性、结合附近高速公路黄土高边坡地质资料和坡型、附近自然边坡特性及设计经验；通过对勘察资料分析，将第一层古土壤上Q4黄土作为一层，中间黄土的力学特性比较接近作为第二层黄土，下部的粉质粘土作为第三土层进行简化计算，边坡计算采用的岩土物理力学参数指标，见表2。（表2）
稳定性计算采用简化bishop法进行计算，计算结果如图7、图8、图9、图10所示。（图7-10）
（一）天然工况下安全系数。图7为东区某断面天然工况下，采用圆弧法和裂隙圆弧法计算所得的边坡的安全系数计算断面及计算结果图。图8为西区某断面在两种算法下的安全系数计算结果图。
（二）暴雨和地震（7度）工况下安全系数。图9为东、西区某断面在暴雨工况下，采用圆弧法计算所得的边坡的安全系数；图10为东、西区某断面在地震工况下，采用圆弧法计算所得的边坡安全系数。
根据稳定性计算，搜索开挖后最危险滑面，计算结果如表3所示：正常工况下安全系数为1.30，非常工况Ⅰ安全系数为1.26，非常工况Ⅱ安全系数为1.15，所设计断面满足工程稳定性要求。（表3）
五、结论
通过上述对富县某工程的典型高边坡的优化设计和稳定性计算，得到以下结论和建议：
1、结合类似工程经验和相应规范对黄土高边坡进行优化设计及在不同工况条件下边坡的稳定性分析结果表明，优化设计方案满足工程稳定性要求。
2、高边坡开挖变形影响因素众多、规模较大、危害严重，应采用刷坡、支挡、锚固措施，结合排水等多种手段进行综合治理。要综合考虑多种影响因素，特别是地形、降水等不利影响，确保工程安全，不留隐患。同时，在工程施工期间，加强监测、预警，采取完善的安保措施，确保施工人员安全。
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