福建三明沙溪河岸某邊坡穩定性評價與加固設計

何英達，崔芳鵬

中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京 100083

0 引 言

沙溪河為閩江一條主要支流，是三明市最大的河流，發源地位于福建省建寧縣嚴峰山。全長325 km，流域為三明市土地面積的一半，達11 793 km2，惠及清流、寧化、三明、永安、沙縣四市。三明市市區分布在沙溪下游的東側和西側，構成一個窄而長的小盆地，且沙溪河河道的平均坡降為0.9%。因此，三明市市區受洪澇災害威脅嚴重。

沙溪流域濕潤溫和，為海洋性季風氣候，降水十分豐富且分布不均勻，易對邊坡穩定性造成威脅，并威脅居民生命財產安全、影響三明市工業發展等。在此背景下，運用GeoStudio軟件對沙溪某邊坡穩定性進行評價[1-2]。

1 研究區概況

(1)工程地質條件。研究區位于丘陵山坡地帶，地勢總體東北高，西南低，坡下為寧路村民房建筑，坡體表層植被發育。原狀坡體坡度25°～40°，海拔高度一般為350.00～395.00 m，相對高差45 m，各勘探點孔口高程為359.41～389.11 m。地層為粉質粘土層、石英云母片巖殘積粘性土、砂土狀強風化石英云母片巖、碎塊狀強風化石英云母片巖四層。

(2)水文地質條件。勘察區未發現地表水系。東北側老滑坡下段坡腳處有1處泉點，系地下水出露點，流量約0.09 L/s。場地內地下水主要為賦存于基巖風化帶中裂隙潛水，含水層富水性弱，透水性弱，屬弱透水層。地下水補給來源主要為大氣降水下滲補給及同一含水層的側向補給，地下水順坡向逕流，向地勢低洼處排泄。地下穩定水位埋深為2.90～8.50 m，水位標高348.17～353.31 m。由于場地地下水主要補給來源為大氣降水，在枯水期，地下水位及水量下降幅度較大，水位變幅3～5 m。

2 基于GeoStudio坡體穩定性評價

2.1 天然狀態下坡體穩定性

運用Geo-slope模塊分析了天然狀態下坡體穩定性，最危險滑移面安全系數為1.145，結果表明原生坡體穩定[3-6](表1、圖1)。

表1 最危險滑移面數據Table 1 Table 1Most dangerous slip surface data

圖1 天然坡體穩定性分析成果圖Fig.1 Analysis results of natural slope stability analysis

2.2 暴雨情況下坡體穩定性

運用Geo-slope與Geo-seep模塊耦合分析了暴雨工況下坡體的穩定性，最危險滑移面的安全系數為0.955，結果表明坡體在暴雨工況下失穩(圖2、表1)。

圖2 天然坡體在暴雨工況的穩定性分析成果圖Fig.2 Stability analysis results of natural slopes under heavy rain conditions

3 坡體加固

3.1 排水工程

(1)設置坡體排水溝和邊溝。考慮到坡體排水溝需設置在坡度較為緩和、自然排水能力較差的坡段。將排水溝位置定于X=5 m、X=20 m、X=42 m的坡體上中下地段。在坡腳設置邊溝，除排水外，還可攔截坡體滾石(圖3、圖5)。

圖3 排水溝、邊溝剖面圖Fig.3 Sectional view of drainage ditch and side ditch

(2)坡面防護工程。由于研究區坡體表層植被發育，以毛竹和雜草為主。毛竹根部能固定砂土，該工程主要是在雜草為主的坡面上進行混凝土噴射護坡，增加坡面緊實度，降低坡面面滲水性，從而減少降水對坡體內部巖土體物理力學性質的影響。對于部分毛竹坡面，不過多改造。

具體步驟：①坡面初步處理。把坡面上現存的雜草、可能滑落的滾石、松散土體、人工垃圾等清理干凈并用高壓水沖洗，以使坡體保持一定濕度，可與混凝土融合。②搭設塔架。要求塔架承載能力足夠，必須具有安全防護網、安全繩等防護措施。③布設錨釘孔及排水孔。錨釘孔以2.5×2.5 m梅花狀布設，且垂直于坡體。排水孔直徑100 mm，間距2.5 m，保證能排水成功。④安裝錨釘。將定制好的錨釘安裝到錨釘孔中。⑤布設鋼筋網。用規定的單層網片雙向與錨桿牢固且與坡面起伏情況基本一致。⑥噴射混凝土。在噴射前做好標記工作，分段噴射，從下而上進行，每次噴射5 cm左右厚度，距離在0.8～1.5 m，以圓弧一層一層噴射。⑦保護工作。在完成噴射工作后持續噴適量水分5～7天(圖5)。

(3)設置排水孔。排水孔是確保穩定性極其關鍵的設施。根據研究區水文地質條件及天氣因素，應在坡體中下部設置排水孔來提高坡體穩定性，此外擋土墻中、減荷反壓工程都需設置排水孔。由于排水管不具有動力，為利用重力排水，引用傾斜式排水孔。傾斜式排水孔規格：傾角應大于6°，直徑75～150 mm，孔壁厚25～50 mm。排水管安裝時需在其周圍設計透水過濾系統，避免由于砂土等堵塞排水孔，一般將其安放置于坡體潛在滑移面或者富存地下水的位置，呈梅花狀分布(圖5)。

圖4 擋土墻剖面圖Fig.4 Retaining wall section

3.2 設置擋土墻

根據原生坡體在Geo-slope模塊中模擬結果，最危險滑移面的最末端位于坐標(50，3)處。若在X=50 m這個截面設置擋土墻，由于擋土墻與滑坡體之間的接觸不多，因此擋土墻對于最危險滑移面的阻擋防滑移效果將十分不明顯。為了加大擋土墻與滑移面之間的作用效力，應當將擋土墻設置在X=48m截面處最為合適(圖4、圖5)。

3.3 減荷反壓工程

坡體后緣部分孔隙水壓力線較高，在X=10 m截面以后孔隙水壓力降低，且該部分坡體較陡峭。因此在X=10 m，Y=18 m處進行減荷，在坡體后緣切出一個平臺。由于該部分土體被削去后會形成地下水自溢區，應在該地段設置多個排水孔，使該地段坡體地下水得到充分排泄，否則會使坡體上部巖土體物理力學強度降低，產生負面影響[7-13](圖5)。

圖5 平面位置示意圖Fig.5 Plane position diagram

4 基于GeoStudio加固坡體穩定性評價

4.1 加固后無暴雨狀態下坡體穩定性

運用Geo-slope模塊分析了加固后天然狀態下坡體穩定性，安全系數提高到1.588，結果表明加固后坡體穩定系數大幅度提高，坡體十分穩定(圖6、表1)。

圖6 加固后天然坡體的穩定性分析成果圖Fig.6 Results of stability analysis of natural slope after reinforcement

4.2 加固后暴雨情況下坡體穩定性

結合加固設計中的擋土墻、排水溝等加固設計，運用Geo-slope與Geo-seep模塊耦合分析了加固后暴雨工況下坡體穩定性，安全系數為1.334，結果表明暴雨工況下坡體依舊穩定(圖7、表1)。

圖7 加固后坡體在暴雨工況的穩定性分析成果圖Fig.7 Results of stability analysis of reinforced slopes under heavy rain

5 結論

基于GeoStudio對坡體天然狀態、在暴雨影響下進行穩定性評價，經加固設計，再對坡體加固后基本狀態、加固后在暴雨影響下進行穩定性評價。得出如下結論：

(1)天然狀態坡體穩定系數數為1.145，降雨情況下穩定系數為0.995會滑坡，急需加固措施。

(2)加固后坡體穩定系數為1.558，降雨情況下穩定系數為1.334，說明本文加固設計有效可行。

(3)特殊坡體需高安全系數時，可采用排水工程、擋土墻、減荷反壓工程、護坡工程四者結合處理。