基于傳遞系數(shù)法的邊坡穩(wěn)定分析及其治理

楊有蓮，謝飛鴻，吳啟紅，萬世明

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106)

基于傳遞系數(shù)法的邊坡穩(wěn)定分析及其治理

楊有蓮，謝飛鴻，吳啟紅，萬世明

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106)

分析了某滑坡體的形成機制，運用傳遞系數(shù)法和有限元法對滑坡體進行了穩(wěn)定性計算，根據(jù)計算結(jié)果提出了治理措施，從中獲得了寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn).此結(jié)果不僅可為滑坡治理設(shè)計提供了依據(jù)，也對制定類似滑坡治理方案提供了參考.

滑坡;穩(wěn)定性評價;治理措施

0 引言

作為本研究對象的滑坡體位于某公路路基左側(cè)山體斜坡上，由于路基開挖，以及該區(qū)域連降大雨，導(dǎo)致該路基左側(cè)的土體滑坡，產(chǎn)生滑移變形，引起臨近農(nóng)田、公路和居民房屋墻壁上出現(xiàn)了大量的裂縫，造成23余戶居民約1 000人，近5 000 m2房屋和生活設(shè)施構(gòu)造物受到影響.為了防止路基開挖施工進一步誘發(fā)臨近路段滑坡，保護居民的人身與財產(chǎn)安全，迫切需要對該滑坡體進行治理.

1 滑坡體工程地質(zhì)概況

1.1 滑坡體巖土結(jié)構(gòu)特征

滑坡體區(qū)域地貌總體屬侵蝕剝蝕中低山斜坡地貌，地形呈北高南低，中部地形較平緩，前后緣較陡.滑坡區(qū)域最高高程為650 m，最低高程為600 m，高差50 m，斜坡總體坡角約10°.

通過對滑坡體進行工程地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，滑坡體區(qū)域處第四系地層，土層覆蓋較厚，滑坡體兩側(cè)基巖出露，屬Ⅱ類場地土.滑坡體主要分布的地層有第四系全新統(tǒng)(Q4)和中生界侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1Z)基巖，其中，第四系全新統(tǒng)(Q4)主要為人工填土層、滑坡堆積層和殘坡積層3種地層類型.

滑坡體區(qū)域地調(diào)資料顯示，滑坡體位于馬槽壩背斜中軸部南東翼，總體上呈單斜狀，無大的斷層通過.同時，據(jù)歷史觀測資料，滑坡體區(qū)域內(nèi)僅發(fā)生過＜3.6級弱震，屬少震弱震區(qū).根據(jù)國家地震局2001年8月1日頒布實施的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306－2001)，滑坡區(qū)域地震設(shè)防烈度為6度，穩(wěn)定性較好.

另外，滑坡體區(qū)域地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水2種類型.據(jù)區(qū)域地質(zhì)地下水水質(zhì)分析勘察資料，滑坡體區(qū)域地下水無侵蝕性CO2存在，為低礦化度弱堿性水.依據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ064－98)，按II類環(huán)境判定，滑坡體區(qū)域地下水對砼無結(jié)晶類、分解類和結(jié)晶分解類腐蝕性.

1.2 滑坡體巖土物理力學(xué)性質(zhì)

由于滑坡體的滑體土及滑帶土無法采取原狀樣，本研究工作對滑體土的常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，對滑帶土的常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和反算結(jié)果確定.

1)滑體土:天然重度，19.5 kN/m3;飽和重度，20.2 kN/m3;天然抗剪強度，C=28.53 kPa，Φ =14.9°;飽和抗剪強度，C=18.09 kPa，Φ =11.28 °;地基承載力特征值取200 kPa(根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗);摩擦系數(shù)，μ=0.35(經(jīng)驗值).

2)滑帶土:天然抗剪強度值，C=15.6 kPa，Φ=10.87 °;飽和抗剪強度值，C=10.8 kPa，Φ =7.5 °.

2 滑坡形成機制分析

該滑坡體后緣最高高程為645.5 m，前緣最低高程為606 m，剪出高程約為608.80～612.70 m.滑坡體前緣以施工開挖后形成的陡坡為界，后緣和西側(cè)沿著巖土邊界線作為滑坡邊界，東側(cè)沿防護站和便道為邊界.滑坡體整體呈長橢圓形，滑坡橫向?qū)挒?90 m，縱向最長為248 m，平均厚度5.5 m，面積4.7×104m2，體積2.6 ×105m3.

按照《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(GB50/143－2003)，該滑坡體屬于中型滑坡，其誘發(fā)因素為工程滑坡，滑動方式為松脫式滑坡，按照滑體厚度劃分，其為淺層滑坡，演變階段為滑動階段.該滑坡體前緣為擬建公路，滑坡體后緣位于人口密集區(qū)，致災(zāi)地質(zhì)體成災(zāi)后可能造成的危害大，安全等級為一級，地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級為一級.

由于道路路基施工開挖以及連降大雨，引起該段路基左側(cè)土體滑坡，山體斜坡開始滑移變形，并出現(xiàn)大量裂縫.根據(jù)本次勘察工作所得的資料綜合分析，造成滑坡的具體影響因素包括:

1)降雨.根據(jù)前述滑坡體區(qū)域近期變形特征分析，從收集的資料看，其變形時間集中在雨季.因降雨，特別是暴雨，使滑體土、滑帶土的C、Φ值降低，加速了該滑坡體的滑坡變形.

2)不合理的人類工程活動.在該道路的路塹施工開挖時，將滑坡體前緣抗滑段挖除，在滑坡體前緣形成了新的臨空面，破壞了原自然山坡的穩(wěn)定狀態(tài).

3)排水.根據(jù)實地調(diào)查，滑坡體斜坡上有大量水田和池塘，各種水溝縱橫交錯，附近居民用水直接在地表排放，導(dǎo)致大量的地表水滲入滑體、滑帶與滑床，從而改變了該滑坡體的水文地質(zhì)條件，增加了下滑力，降低了抗滑段阻滑力.

3 地基及構(gòu)筑物的穩(wěn)定性評價

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該滑坡體所反映的宏觀變形跡象十分明顯，這主要是由于連續(xù)降雨造成的.坡體后緣產(chǎn)生大量裂縫，反映了該滑坡體目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，已經(jīng)威脅到滑坡體后緣居民安全.

根據(jù)滑坡體現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢等特點，其穩(wěn)定性分析包括現(xiàn)狀天然條件、暴雨導(dǎo)致土體飽和以及地震等影響因素.結(jié)合現(xiàn)場勘察，滑坡穩(wěn)定性分析選以下3種工況組合:工況1，自重+地面荷載;工況2，自重+地面荷載+暴雨(控制工況);工況3，自重+地面荷載+暴雨+地震(校核工況).

根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(GB50/143－2003)規(guī)定，當(dāng)滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs＜1.0時，滑坡體不穩(wěn)定;當(dāng)1.00≤Fs＜1.05時，滑坡體欠穩(wěn)定;當(dāng)1.05≤Fs＜1.20時，滑坡體基本穩(wěn)定;當(dāng)Fs≥1.20時，滑坡體穩(wěn)定.

為了正確評價該滑坡體的穩(wěn)定性，本研究選取滑坡剖面1－1’～7－7’(見圖1)來計算其穩(wěn)定性.計算由理正巖土軟件完成，各工況條件下的計算結(jié)果見表1.

圖1 滑坡剖面示意圖

表1 滑坡體穩(wěn)定性評價

4 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力計算

在計算中，地下水位以下滑體取飽和重度，不考慮滲透壓力影響.根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果分析、預(yù)測，并考慮多種不利因素影響，按工況1、工況3對滑坡進行下滑推力計算.根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTJD30－2004)，本滑坡體后緣為居民區(qū)，前緣為擬建公路，危害較大，安全等級為一級，安全系數(shù)除工況3取1.05外，其余各工況取1.20.

滑坡推力的計算采用傳遞系數(shù)法，由理正巖土軟件完成.計算分塊見圖2.在工況2、工況3條件下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力計算結(jié)果見表2、表3.

圖2 滑坡推力計算分塊圖

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力(工況2)

表3 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力(工況3)

由計算結(jié)果可知，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在工況2條件下為1.08，工況3條件下為0.96，該滑坡體穩(wěn)定性差.在暴雨、連續(xù)降雨等不利因素作用下，極有可能發(fā)生再次滑動，從而危及滑坡體區(qū)域附近居民的生命與財產(chǎn)安全.

5 治理措施及結(jié)果

5.1 治理措施

由于該滑坡體所在的斜坡已經(jīng)發(fā)生明顯的蠕滑錯動，因此應(yīng)按技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、不留后患的原則［1－4］，選取支擋為主，截水防滲為輔的綜合治理方案，經(jīng)過計算和分析，具體措施包括:

1)對縱坡進行調(diào)整.縱坡調(diào)整后較大地減低了挖方的高度，增加了填方的高度，縱坡調(diào)整后再對右側(cè)原路塹墻進行調(diào)整，由原來的3 m高度調(diào)整為4 m高度，頂寬由0.5 m調(diào)整為1 m.由于施工單位已經(jīng)按照原設(shè)計方案施工了一部分工程，該段路基右側(cè)的路堤和樁板墻均已施工完成，填方高度增加后對原已填筑完成的路基將產(chǎn)生一定影響.為了保證路基填方的工程質(zhì)量，在調(diào)整設(shè)計時采用了挖臺階、填石、漿砌片石和增設(shè)護腳等措施對該段路基進行了處理.

2)施工中雖然進行了調(diào)坡處理，但由于該段滑坡體推力較大，為主要滑動方向，其滑坡方向上的房屋均已出現(xiàn)大量裂縫和傾斜現(xiàn)象.針對以上情況，對該段路基內(nèi)側(cè)處的坡段仍采用了設(shè)置抗滑樁方案進行處治.

3)在施工時采用黏土將裂縫回填夯實，并按設(shè)計要求在滑坡的外緣和滑坡內(nèi)設(shè)置截水溝.

5.2 治理結(jié)果

該滑坡體經(jīng)上述處理后，各滑坡剖面穩(wěn)定性計算結(jié)果見表4.

表4 治理前后滑坡穩(wěn)定性評價

6 結(jié)論

在道路工程設(shè)計選線時，設(shè)計人員要充分調(diào)查路線通過區(qū)域的地質(zhì)情況，對可能產(chǎn)生滑坡災(zāi)害的路段應(yīng)引起足夠的重視.對于大型滑坡區(qū)域應(yīng)盡量繞避，對于無法繞避的滑坡區(qū)域應(yīng)通過詳細(xì)地質(zhì)勘察，查明其性質(zhì)、規(guī)模，當(dāng)前的穩(wěn)定程度，不利工況下的穩(wěn)定程度及今后的發(fā)展趨勢，并據(jù)此采取相應(yīng)的預(yù)加固措施.

通常，滑坡發(fā)展是一個由小到大逐漸變化的過程，對于滑坡的治理最好應(yīng)在其初始階段或萌芽狀態(tài)進行.初始滑坡階段滑帶土指標(biāo)及穩(wěn)定度較高，抗滑段能提供一定的抗力，治理工程量較小，工程造價較低.一旦滑坡體產(chǎn)生滑動，滑帶土指標(biāo)及穩(wěn)定度將急劇降低，抗滑段的抗力減小甚至降低為零，滑坡推力增大，治理工程量隨之增大，工程造價增加.此外，滑坡治理方案在技術(shù)上應(yīng)可行，經(jīng)濟上需合理.

［1］徐鼎平，朱大鵬.太和鐵礦西端幫冰磧土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27(2):3335－3342.

［2］李亮，鄧東平，趙煉恒.基于滑動面搜索的分層土坡穩(wěn)定性分析新方法［J］.中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，43(10):3995－4002.

［3］徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［4］徐峻齡，王恭先，劉興代，等.滑坡學(xué)與滑坡防治技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［5］王恭先.滑坡防治方案的選擇與優(yōu)化［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(S2):3867 －1873.

［6］田義斌，厚行霞，宋響軍，等.重慶市肖家包切層巖石滑坡分析與治理［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2009，20(4):19－22.

［7］黎智，朱壽增，王經(jīng)國，等.大田灣滑坡穩(wěn)定性及其敏感性分析［J］.防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報，2011，27(2):5 －10.

Stability Analysis and Treatment of Landslide Based on Transfer Coefficient Method

YANG Youlian，XIE Feihong，WU Qihong，WAN Shiming
(School of Architecture and Civil Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

This paper analyzes the formation mechanism of one landslide.By the force tranfer method and the finite element method，the stability of the landslide is calculated.According to the calculation results，the control measures are proposed.We obtain the valuable experience and lessons from them.The results not only provide the basis for the design of the landslide treatment，but also give the reference for the landslide treatment scheme.

landslide;stability evaluation;control measure

U416.1+4

A

1004－5422(2015)01－0087－03

2014－12－29.

楊有蓮(1976—)，女，博士，講師，從事巖土工程研究.