滑坡災(zāi)害的綜合治理研究及穩(wěn)定性分析

(中鐵二局第三工程有限公司， 四川 成都 610031)

0 引言

在山區(qū)公路建設(shè)中，滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，其威脅著公路工程的安全運輸，并危及人民的生命及財產(chǎn)安全。邊坡失穩(wěn)破壞是一個復(fù)雜的地質(zhì)運動過程，其破壞模式多樣，因此，深入探討邊坡的穩(wěn)定性及滑坡機理，研究治理方案，具有重要的工程實踐意義。

原位試驗及模型試驗常用來研究滑坡的發(fā)生機理及加固效果評價。沈強等[1]通過對邊坡抗滑樁加固效果監(jiān)測分析，認(rèn)為抗滑樁由于長度原因只對邊坡淺層滑動起加固作用，對深層滑動加固效果不理想。黃潤秋[2]收集中國典型大型滑坡災(zāi)害實例，分析了不同滑坡的誘發(fā)機制及觸發(fā)因素。杜鵑等[3]以三峽庫區(qū)白水河滑坡為例，建立滑坡位移動態(tài)變化與誘因變化的相應(yīng)關(guān)系。羅勇等[4]采用深部位移測試手段和BOTDA全分布式光纖傳感測試技術(shù)，研究了h型抗滑樁在滑坡治理中的變形規(guī)律和內(nèi)力分布特性。鄭桐等[5]基于懸臂抗滑樁治理堆積型滑坡的靜動力離心模型試驗，分析了被治理滑坡的地震響應(yīng)特征。

數(shù)值分析及理論研究也是探索滑坡發(fā)生機制和治理措施的重要手段。丁秀美等[6]應(yīng)用有限差分軟件 FLAC3D建立錨索框架加固邊坡的三維地質(zhì)力學(xué)模型，對抑制結(jié)構(gòu)作用下的附加應(yīng)力分布規(guī)律進行了初步探索。郭震山等[7]采用 FLAC3D軟件對典型抗滑樁加固邊坡算例進行建模分析，認(rèn)為邊坡安全系數(shù)隨降雨歷時、降雨強度的增加而減小。馮樹仁等[8]通過理論分析，提出了一種評價邊坡穩(wěn)定性的三維極限平衡方法。張均鋒等[9]將二維Janbu條分法進行拓展，進一步分析了各條塊獨立的穩(wěn)定性系數(shù)及各條塊的潛在滑動方向。覃小華等[10]建立了考慮基巖型層狀邊坡坡長及飽和帶滲流的降雨入滲與穩(wěn)定性分析模型，得到邊坡安全系數(shù)的解析表達式。

本文以孔家寨滑坡實例為背景，分析了誘發(fā)滑坡的降雨因素及人為因素，研究了滑坡產(chǎn)生機制并給出了相應(yīng)的治理方案，最后對滑坡變形進行監(jiān)測分析，給出了滑坡治理效果穩(wěn)定性評價。

1 工程概況

本工程為普安縣城至縣城東區(qū)旅游快速通道工程，項目區(qū)地處貴州高原西南部山區(qū)斜坡地帶，烏蒙山脈蓮花山的南部，場區(qū)屬侵蝕中山地貌。孔家寨滑坡位于黔西南州普安縣地瓜鎮(zhèn)境內(nèi)，高程在1436～1477 m范圍，最大高差41 m，滑體長 131 m，寬 280 m，滑動方量約 35萬 m3，如圖 1所示。2017年 9月初，2K4+575～2K4+677右側(cè)邊坡在開挖第2級邊坡至平臺后（開挖高度6～8 m），邊坡表層出現(xiàn)局部開裂滑塌，至2017年10月中旬，裂縫向上不斷發(fā)展，最遠(yuǎn)處距路基中線約150 m，縫寬約5 cm，造成多處居民房屋開裂；1YK4+400～1YK4+574.6右側(cè)邊坡在2017年10月開挖至約第一級邊坡平臺位置至12月上旬，坡面未見開裂、局部滑塌跡象，在2018年1月該段邊坡上部約120 m處坡體開裂，縫寬3～5 cm，逐步發(fā)展擴大并與2K4+575～2K4+677右側(cè)邊坡開裂裂縫連通，連通裂縫走向基本與滑坡滑動方向垂直，主要分布于滑坡的后部。

據(jù)地質(zhì)勘查，覆蓋層為殘坡積粉質(zhì)黏土，厚約9～13.5 m，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）強風(fēng)化泥巖，層厚約9～13 m，坡體地表、地下水豐富，受巖性及地下水活動影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈近土狀，如圖1（b）。

3 滑坡監(jiān)測分析及治理效果評價

滑坡最明顯的特征為滑動，須對滑體進行側(cè)向位移及地表沉降監(jiān)測，主要目的是掌握滑坡位移變化態(tài)勢，分析滑坡治理變形是否收斂及加固效果穩(wěn)定性評價。本滑坡共布置2處測斜管，滑坡中部C-1處（14 m）及坡腳C-2處（5 m），如圖1（b）所示，此外，還利用GPS法對C-1處地表沉降進行監(jiān)測。

圖1 孔家寨滑坡

3.1 滑坡監(jiān)測分析

圖2為C-1處不同時間段深層側(cè)向位移隨孔深變化的監(jiān)測結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)向位移最大值發(fā)生于地表處，如2018年3月27日，滑坡最大位移達85.5 mm；隨孔深的增加位移逐漸減小，如2017年11月27日，側(cè)向位移由2 m深度處的29.0 mm減小為8 m深度處的14.1 m。隨時間的增加，各孔深處位移差距明顯，時空演化特征越顯著。還能看出，在孔深12 m以下側(cè)向位移基本為零，該深度與滑坡帶位置對應(yīng)。

圖2 C-1處深層側(cè)向位移監(jiān)測

圖 3為特定孔深處側(cè)向位移隨時間變化的曲線圖，將該圖劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三階段。2017年9月8日，受坡腳開挖施工影響，側(cè)向位移逐漸增加，由于及時對坡腳反壓黏土，位移增幅較小。2017年10月18日，受降雨影響，曲線斜率陡增，表明位移增速加快，在第Ⅱ階段連續(xù)兩次的降雨過程中，孔深0.5 m處的側(cè)向位移由7.1 mm迅速增加為71.6 mm。因此，大氣降雨是滑坡產(chǎn)生的主要自然動力因素。

朱立東 男，1968年生于四川鄰水.現(xiàn)為電子科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師.主要研究方向為衛(wèi)星通信信號處理、信道建模與仿真、資源管理等.

圖3 C-1不同層深位移-時間曲線

邊坡降雨入滲是一個復(fù)雜的非飽和滲流過程，對邊坡穩(wěn)定性有重要影響，有“十滑九水”之說。據(jù)普安縣氣象站（1973～2013年）資料統(tǒng)計，貴州年平均降水量1395.3 mm，平均降雨日數(shù)為227天，年內(nèi)降雨分配不均。邊坡開挖經(jīng)一定時間暴露后，受降雨影響，大量雨水沿土體孔隙下滲，雨水入侵降低了土體C，φ值，使得邊坡巖土體抗剪強度不斷降低，而邊坡失穩(wěn)即為土體剪切破壞導(dǎo)致的失穩(wěn)。同時，滑體中的地下水對土體作用是一個動態(tài)的過程，前期，地下水主要受降雨入滲補給的影響，以垂向運移為主，隨著降雨過程的持續(xù)，滑坡體中地下水流向與滑動面傾向基本一致，尤其是在滑體底部出現(xiàn)潛水流，此時的地下水流動對滑坡穩(wěn)定性最為不利。一方面，降雨入滲致使巖土體抗剪強度降低，另一方面，滑坡體中水流的滲透力加大了邊坡的下滑力，使坡體沿強度低的土巖界面及部分強風(fēng)化泥巖層產(chǎn)生滑動變形，如圖1（b），判定滑坡類型為順層滑坡。

邊坡宜自上而下開挖，做到邊開挖邊防護，嚴(yán)禁開挖邊坡長時間暴露，造成滑坡災(zāi)害。本工程中，為引入施工便道（如圖1），首先開挖坡腳，且在開挖過程中，未采取有效的坡面防護措施及截排水措施，造成坡體失去下部支撐，抗滑力減小，前緣滑動牽引力向后緣傳遞，導(dǎo)致裂縫不斷向上發(fā)展，為典型的牽引式滑坡。

3.2 治理方案

傳統(tǒng)的滑坡治理方法有排水、抗滑擋土墻、削坡減載、反壓坡腳等，該類方法適用于淺層滑坡加固，而對下滑力較大的中深層滑坡，往往不能根治。

60年代中期，抗滑樁逐步取代了抗滑擋土墻，被應(yīng)用于中深層滑坡治理中。抗滑樁和巖土體共同構(gòu)成一個有機的受力體系，在該體系中，樁體被動地承擔(dān)上部滑體傳來的下滑力，其在水平荷載作用下由樁頂沿樁身逐漸產(chǎn)生變形，樁周土塑性區(qū)也由表層土向下發(fā)展，達到一定的深度后，樁身變形將很小，其利用滑坡面以下穩(wěn)定土體提供支反力，當(dāng)滑動面確定且下覆巖層強度較高時，抗滑樁加固滑坡更能發(fā)揮優(yōu)越性。當(dāng)達到加固效果時，抗滑樁的受力及變形就與被加固土體一道共同處于一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

80年代以來，預(yù)應(yīng)力錨索較為廣泛地應(yīng)用于滑坡治理工程中，其多適用于巖石邊坡及土體黏聚力較大邊坡的加固，對于土體較松散、黏聚力較小、有明顯蠕變的邊坡，預(yù)應(yīng)力損失較大，不宜采用。

邊坡巖體是由特定結(jié)構(gòu)形式的不連續(xù)巖體組成，滑體上的變形總是不均勻的，因此，滑體整體變形總包含著轉(zhuǎn)動、開裂等局部的不連續(xù)變形。在抗滑樁設(shè)計中，應(yīng)注意邊坡深層滑動面（第二滑動面）的形成，防止抗滑樁加固失敗。

針對本工程滑坡，采取如下滑坡防治加固措施：

①減滑工程措施

2級坡均按1:1.5放緩，削減主滑地段上部土體反壓到抗滑地段的坡腳處（如圖1），以形成下部支撐，但應(yīng)防止填土堵死原有地下出水口。同時，采取“上截下排”的措施，在距滑坡邊界5 m外的四周修筑環(huán)形截水溝，以防止滑坡頂面的地表水流入滑體，并在每級邊坡均設(shè)置直徑100 cm、長9 m、間距6 m的仰斜泄水孔，以引導(dǎo)水流排出滑坡體。為防止地表水下滲，平整夯實滑坡體表面的積水坑，并分層填筑黏土封堵裂縫。

②抗滑支擋工程措施

第1級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索樁組合防護形式，樁長19 m，截面尺寸2×3 m，樁心距6 m，在樁頂部增加兩排預(yù)應(yīng)力錨索，錨固段10 m。錨索的引入，便于機械化施工，由于不開挖坡體，產(chǎn)生的損傷小，施加的預(yù)拉力大，變被動受力為主動防護，改變了抗滑樁樁頂?shù)募s束狀態(tài)，使其上部懸臂受力變?yōu)闃俄斻q接的超靜定梁結(jié)構(gòu)，減少了抗滑樁埋置深度及截面尺寸，并使樁身位移呈現(xiàn)出兩頭小，中間大的分布形式。預(yù)應(yīng)力錨索樁與普通抗滑樁相比，增加了防護面積，節(jié)省投資約40%。第2級邊坡設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索板（10.5×16 m）。

③優(yōu)化施工工序

先開挖第2級邊坡，待其坡面防護結(jié)構(gòu)施工完成后方可進行第1級邊坡的開挖。抗滑樁雖作為一種邊坡防護結(jié)構(gòu)，但應(yīng)充分考慮施工過程中挖孔對邊坡穩(wěn)定性的不利影響，因此，先施工預(yù)應(yīng)力錨索板，再施工抗滑樁。

3.3 治理效果評價

圖 4為坡腳地表位移監(jiān)測結(jié)果，可以看出，滑坡過程中，坡腳處土體以側(cè)向位移為主，如2018年3月27日，地表側(cè)向位移為130 mm，而沉降僅11.3 mm。第Ⅱ階段進行錨索板施工，進入第Ⅲ階段施工完成，側(cè)向位移增幅明顯降低，如2018年1月26日位移從119 mm增加為2018年3月27日的128.3 mm，僅增加了9.3 mm，圖3中的第Ⅲ階段亦是如此，表明錨索板已逐漸發(fā)揮邊坡防護作用，滑坡災(zāi)害得到了有效遏制。

圖4 坡腳C-2處地表位移監(jiān)測

4 結(jié)論

本文以孔家寨滑坡實例為背景，研究了滑坡產(chǎn)生機制并給出了相應(yīng)的治理方案，可以得到以下結(jié)論：

（1）大氣降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素，雨水入滲降低土體C，φ值，使邊坡巖土體抗剪強度不斷降低，最終因巖土體剪切破壞導(dǎo)致滑坡災(zāi)害，因此，邊坡施工過程中應(yīng)充分做好防排水措施。

（2）邊坡開挖嚴(yán)格按照自上而下開挖方法，做到邊開挖邊防護；合理優(yōu)化施工工序，先施工對邊坡穩(wěn)定性影響較小的錨索板，再施工挖孔抗滑樁。

（3）坡體最大側(cè)向位移往往發(fā)生于地表處，隨深度增加位移逐漸減小，至滑坡帶處，位移趨于零；隨時間增加，滑體位移時空演化特征顯著。

（4）坡腳開挖后，坡體失去下部支撐，抗滑力減小，前緣滑動牽引力逐漸向后緣傳遞，導(dǎo)致裂縫不斷向上發(fā)展，為典型的牽引式滑坡，應(yīng)及時削減主滑地段上部土體反壓到抗滑地段的坡腳處。

（5）坡腳處土體以側(cè)向位移為主，其值的變化可直觀反映邊坡穩(wěn)定性的變化；側(cè)向位移監(jiān)測結(jié)果表明，錨索板在治理滑坡災(zāi)害中發(fā)揮了良好的作用。

需要說明的是，因條件有限，本文滑坡監(jiān)測僅到2018年3月27日，后續(xù)抗滑樁應(yīng)加快施工，盡量在 6～8月雨季來臨前完工，同時做好后續(xù)跟蹤監(jiān)測工作，進行邊坡穩(wěn)定性后評價。

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