滑坡的穩定性分析與治理措施

■馬景洋 ■中鐵二十五局集團有限公司西北分公司，陜西 西安 710048

1 工程概況

近年隨著經濟高速發展，人類各種活動的加劇，給環境造成極大的危害，客觀上也為各種地質災害的發生埋下了隱患，特別是山區高速公路的建設，更是對地形地貌造成很大的改變，誘發各種地質災害的發生，對居民的生產生活造成極大的威脅。我單位施工的三淅高速項目路線主要經過三門峽市盧氏縣、南陽市西峽縣兩個縣市。我部承擔的第十合同段(K52+260－K58+1125段)主要包括4座隧道(全長5144m)、2座橋(全長3528.5m)、路基及路基附屬工程等;路基通過賽嶺地段設計為隧道與挖方和橋梁相結合方式。橋梁與路基結合地段為高達26米的挖方，在開挖過程中發現挖方地段為老滑坡，由于爆破與開挖施工，誘發老滑坡復活，且有明顯的變形跡象，對坡腳的道路和坡下居民的居住造成嚴重威脅。我單位對該滑坡進行穩定性評價研究，針對評價結果，采取相應的措施，取得了良好的效果。

2 滑坡穩定性評價采用的方法

滑坡穩定性分析和評價是目前國內外研究的重點。目前穩定性分析方法有定性分析方法和定量分析方法兩大類。

2.1 定性分析方法

定性分析方法通過分析影響滑坡穩定性的工程地質條件、新構造運動、水文地質條件、地震，地形地貌、氣候及人類的工程活動等，對滑坡的成因和演化進行定性判斷和分析，對穩定狀況和發展趨勢作出評價。主要方法包括:歷史成因分析法、工程地質類比法和圖解法等。

2.2 定量分析法

定量分析法最常見的方法有極限平衡法和數值法，極限平衡法是目前應用最廣的邊坡穩定性分析方法。數值法邊坡穩定性分析方法較多，主要有:有限元法、有限差分法(FDM)、DDA法、FLAC法、邊界元法(FEM)、離散單元法(DEM)等。

3 研究采用的程序框圖

本項目滑坡穩定性分析采用以下程序進行。

4 滑坡穩定性分析

4.1 滑坡穩定性評價參數的確定

4.1.1 實驗法

(1)原理。實驗法即將實驗數據求取算數平均值，依據滑坡穩定性現狀進行調整。若滑坡處于相對穩定，可取大于平均值的值;若滑坡處于不穩定狀態，可取小于平均值的值;若滑坡處于極限平衡狀態，可取平均值。

4.1.2 反算法

先確定滑坡的穩定狀態，取穩定系數，若滑坡處于相對穩定狀態，穩定系數可取1.05;若滑坡處于不穩定狀態，但又沒有整體滑動，K取0.95;當確定滑坡處于極限平衡狀態時，K就取1。給定粘聚力C，代入公式4.1就可算出內摩擦角。

穩定系數K可根據下列情況確定:

滑坡處于整體暫時穩定－變形狀態:K=1.00－1.05;滑坡處于整體變形 －滑動狀態:K=0.95 －1.00

其中:Wn為第n塊滑體的重力(KN);an為第n塊滑動面的傾角(°);

n為第n塊滑動面土層的內摩擦角(°);Cn為第n塊滑動面土層內聚力(KPa)

Ln為第n塊滑動面長(m)。

4.2 定性評價

滑坡坡體淺部土層為密實度低的松散腐殖土亞粘土，基巖為強風化砂巖，在在滑坡坡前工程開挖形成約15－25m的陡坡，誘發下形成牽引式基巖滑坡。目前滑坡的變形范圍涉及開挖面附近30－50m均發生明顯的下錯和滑移現象。賽嶺所在坡體部分為開挖體，但如果繼續往北和往南開挖，滑坡的范圍將逐步擴大，逐步危及到道路及道路下方建筑物和人員生命財產安全，必須對后期開挖高陡邊坡進行預加固防護。

4.3 傳遞系數法穩定性評價

滑坡推力E的定義是總的下滑力(Σ T)與總的抗滑力(Σ R)之差，表達式為:E=Σ T－Σ R。假設滑坡的滑坡的滑動面為折線型，根據滑面起伏狀況，進行分塊。自后緣向前緣各條塊與水平面夾角依次為a1 a2 a3......an an+1，如下圖所示。垂直條分，僅考慮整體靜力平衡。采用上一條塊的滑動力與抗滑力向下一條塊滑動面上分別投影逐塊投影法，假定滑動面剪切強度參數粘聚力 c及摩擦系數tgΦ不變，將滑動力乘滑坡體各條塊及整體的穩定系數f，再視滑坡體處于極限平衡狀態，由此求得滑坡體的穩定系數f。計算穩定系數時，不考慮剩余下滑力為負值時令其為零的情況;但推力計算時，則考慮剩余下滑力為負值時令其為零。

受力結構圖

其中，

采用上一條塊剩余下滑力向下一條塊滑動面逐塊投影法得到第i條塊推力的合力:

Ei=Ti+Ei－1［cos(ai－1－ ai－ sin(ai－1－ ai)tgφi/f］=Ti+Ei－1Ψi－1－ Ri/f

當Ei小于零時，可令Ei=0，Ei+1=Ri/f

Ψi=cos(ai－ai+1)－sin(ai+ai+1)tgφi+1/f穩定系數 f公式為

當所有1至n－1條塊的剩余下滑力均大于等于零時，利用數學歸納法可以證明:穩定系數f的計算公式如下:

f——穩定系數;

wi——第i塊段滑體所受的重力(kN/m);

Ri——作用于第i塊段的抗滑力(kN/m);

Ti——作用于第i塊段的滑動分力(kN/m);

Ci——第i塊段土的粘聚力(kPa);

φi——第 i塊段土的內摩擦角(°);

li——第i塊段滑動面長度(m)。

設安全系數為K，則各條塊的滑坡推力為:當Pi小于零時，令Pi=0，則:Pi+1=Ti+1－Ri+1/K

4.3.1 穩定性計算

滑坡主滑段剖面比較多，本文選取多個剖面進行計算并分別進行區塊劃分，并對各滑坡剖面條塊參數進行計算。

剖面1－1'分塊圖

根據分析以及《滑坡防治工程設計與施工技術規范》中的規定，取邊坡安全系數為:K=1.05。對天然狀態與飽和狀態滑坡剖面條塊利用進行計算，得到以下計算結果。

滑坡穩定性計算成果。

4.3.2 評價結果

從上表的計算結果可以看出:滑坡在坡腳開挖到設計位置的情況下，在天然工況下的穩定系數為1.32，暴雨工況下的穩定系數為1.14。通過計算其他剖面的情況計算可以得知:邊坡開挖到設計界面時，可知滑坡在天然狀況下處于穩定狀態，在暴雨狀況下處于不穩定狀態，暴雨狀態時將對滑坡道路和附近民眾的安全會造成危害，因此必須對其采取必要的治理措施。

5 防治措施及結果

根據該滑坡的自身規模、威脅對象、治理成本，確定該滑坡安全等級為一級。綜合考慮該滑坡的形成條件、誘發因素、穩定狀態等，采取分級削坡減載+預應力錨素與錨桿框架護坡加固+坡面防護+排水相結合的綜合治理措施。

(1)削坡減載措施。為有效降低滑坡的剩余下滑力，并減小坡面局部剪出的可能性，首先對原始滑坡體進行適當削坡。

(2)坡面防護和疏排水措施。為防止坡面沖刷和徑流入滲從而影響坡體穩定性，坡面采用預應力錨索與錨桿框架護坡相結合的方式，骨架內回填粘土進行護坡。錨桿采用Ⅱ級鋼筋制作，注漿材料為水泥漿。

預應力錨索與錨桿框架護坡布置示意圖

采用以上措施治理，工程完工后，經多次檢測與量測，該滑坡未發生大的滑移與變形，取得了明顯的治理效果，說明治理措施可行，方法得當。本方法對以后處理相類似的項目具有很好的借鑒作用，希望能得到較好的利用。

［1］李烈榮，姜建軍，李建勤.中國地質災害與防治［M］.北京:地質出版社，2003：15 －17.

［2］陳強.公路邊坡穩定性研究與分析及綜合治理［D］.湖南大學，2005，

［3］蘇愛軍，馮明權.滑坡穩定性傳遞系數計算法的改進［J］.地質災害與環境保護，2002，13(3):5 －9.

［4］崔政權，李寧.邊坡工程理論與實踐最新發展［M］.北京:中國水利水電出版社，1990.

［5］李榮偉，侯恩科.邊坡穩定性評價方法研究現狀與發展趨勢［J］.西部探礦工程，2007.

［6］吳益平.唐輝明滑坡災害空間預測研究［J］.地質科技情報，2001.

［7］穆鵬，吳瑋江，折學森.汶川地震重災區隴南紅土坡滑坡穩定性分析與防治對策研究［J］.工程地質學報，2012.