土體滑坡治理的合理設(shè)計與計算

王浩宇，葉洪平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

0 引 言

土體滑坡是我國的主要自然災(zāi)害之一，頻繁的滑坡災(zāi)害給我國造成了巨大的損失，因此，加強其治理工作是重中之重。但是土體滑坡治理本身就是一個比較復(fù)雜的工程，再加上我國在這一方面的技術(shù)還未發(fā)展成熟，所以我國對于土體滑坡的治理還存在很多漏洞，尤其是設(shè)計和計算方面，導(dǎo)致其治理效果還不是很理想。因此，加強對我國土體滑坡治理的合理設(shè)計和計算是目前的重要任務(wù)。

1 我國土體滑坡治理的現(xiàn)狀

我國的土體滑坡災(zāi)害較為嚴(yán)重，給工程建設(shè)和人們的生命財產(chǎn)安全造成巨大影響，以2011年為例，我國土體滑坡導(dǎo)致的災(zāi)害類型及所占比例見圖1，可見滑坡災(zāi)害所占比例最大，造成巨大損失。長期以來，我國不斷加強對土體滑坡災(zāi)害的治理和研究，并取得了一定的成績，例如:我國有很多可供借鑒的滑坡治理的成功經(jīng)驗。但是因為理論和技術(shù)上的不成熟，我國的滑坡治理還存在諸多漏洞，例如:設(shè)計存在的不足、人為因素等。目前我國對滑坡的治理使用的設(shè)計方法比較趨于保守，在理性分析方面還存在很多不足，造成這種現(xiàn)狀的原因是多方面的，主要有以下幾個方面:(1)一些設(shè)計人員對土體滑坡機理缺少正確的認(rèn)識，在設(shè)計方案時只是憑借主觀經(jīng)驗來進行設(shè)計工作;(2)施工單位為降低治理成本，在對土體滑坡進行治理時，沒有對治理方案進行仔細(xì)推敲，甚至部分施工單位壓根沒有進行治理方案的設(shè)計，也沒有制定詳細(xì)的治理計劃，施工行為比較盲目，可想而知，治理效果不盡如人意;(3)對滑坡治理所需要的勘察和實驗工作缺乏正確的認(rèn)識，對資料的收集情況也不甚了解，導(dǎo)致土體滑坡治理缺乏專業(yè)性。綜上分析，在滑坡治理中，應(yīng)用理論指導(dǎo)實踐，減少主觀盲目性，對滑坡治理做到合理設(shè)計、精確計算，以減少滑坡災(zāi)害。

圖1 2011年我國滑坡災(zāi)害類型及所占比例

2 土體滑坡治理的合理設(shè)計應(yīng)注意的問題

2.1 勘察和試驗

在對土體滑坡進行治理過程中，要首先對滑坡的周圍環(huán)境進行勘察，有效了解土體滑坡的破壞程度，之后進行測繪工作，根據(jù)測繪結(jié)構(gòu)繪制相應(yīng)的滑坡體地形圖。最后要采取一定的措施來確定滑坡區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及具體位置等情況。通常采取的方法是鉆探法或者是物探法。采用鉆探法施工時，要掌握一定的施工工藝，要根據(jù)滑坡的實際結(jié)構(gòu)大小將滑動主軸上布置孔，以方便后續(xù)的水工、土工工作的開展，從而有效地了解土體中的水的性質(zhì)。了解地下水具體情況對于了解土層的物理力學(xué)性質(zhì)有一定的參考價值，在進行土體試驗時，要采取重復(fù)剪切的方法來進行，并且要測定殘余粘聚力以及殘余內(nèi)摩擦角這兩個指標(biāo)，能夠方便后續(xù)的土體滑坡治理的設(shè)計與計算。

2.2 抗滑結(jié)構(gòu)的設(shè)計位置和作用力分析

土體滑坡治理進行合理設(shè)計應(yīng)注意以下幾個方面的問題。首先，確定其結(jié)構(gòu)的受力位置，一般來說，合理的設(shè)計位置應(yīng)是在抗滑段以及主滑段相接處的界面上，其應(yīng)對其內(nèi)力進行準(zhǔn)確計算，同時還應(yīng)將外力荷載等受力情況下考慮進去。其次，考慮各種附加荷載，如:滑體后緣平臺上動載荷靜載等，以及作用力，如:抗滑力等。需要特別注意的是，在計算抗滑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算時，應(yīng)以提高計算精度為目標(biāo)，因為其計算結(jié)果直接關(guān)系著土體抗力，對治理效果影響較大。

3 土體滑坡計算

3.1 土體滑坡穩(wěn)定性計算

(1)無粘性土體滑坡，顧名思義，是指土粒之間無粘聚力，所以土體坡面不發(fā)生滑坡機制的前提是組成坡面的土單元在一定程度上保持足夠的穩(wěn)定性，則由土單元組成的土質(zhì)邊坡就可以保持穩(wěn)定，其穩(wěn)定性計算見圖2 和公式1、公式2、公式3。

圖2 一般粘性土坡

(2)粘性土是指土粒相互之間具有粘聚力，這種土質(zhì)邊坡在發(fā)生滑坡危害時，土體整體向下滑動，而且各個地方的土體粘聚力不同，因此，單一的計算某塊土體的穩(wěn)定性是不能夠代表整個邊坡的穩(wěn)定性的，粘性土邊坡滑坡危害比較大，因此做好其穩(wěn)定性計算工作至關(guān)重要。考慮到坡體的平面問題，如果將處在滑動面以上位置的土體單元看作是一個剛體，并將此剛體看作脫離體，并以此為基礎(chǔ)分析其在極限平衡條件下，脫離體和滑動面的作用力。而粘性土坡的安全系數(shù)是以土體邊坡的平均抗剪強度和平衡剪應(yīng)力來確定的，如公式4 所示。

(3)通常情況下，如果土體邊坡的滑動面上的法向力發(fā)生變化，則土體的抗剪強度也會發(fā)生變化，現(xiàn)以飽和粘性土邊坡為例，在不排水剪的情況下，即φu=0，則其穩(wěn)定性分析如公式5 所示。

(4)如果處在邊坡連續(xù)滑動面下面位置的土體定義為一個剛體，且這種剛體不發(fā)生變形，采用條分法將土體滑動面上個點法向應(yīng)力，進而分析各點的土體作用力，同時根據(jù)其極限平衡條件，確定安全土體的安全系數(shù)，這種方法叫做條分法，是確定土體滑坡的穩(wěn)定性常用的方法。

3.2 土體滑坡推力計算

在進行土體滑坡推力計算時，應(yīng)注意在以下幾個前提下進行計算:首先，在滑動面和速度大致保持一致的情況下，將滑體看作是一個計算單元，并按照滑體滑動的主軸方向上的滑體的產(chǎn)狀和巖土性質(zhì)，來進行鉛直條塊的劃分。其次，土體滑坡推力計算不能只選擇一個斷面來進行計算，應(yīng)選擇處在平行滑動方向的斷面，且至少選擇3 條，且這三個斷面中必須包括一個主滑斷面。另外，在對具有多層滑面的滑體進行推力計算時，應(yīng)計算每層滑面的推力，并在這些計算值中取最大值作為滑體的推力。值得注意的是:常用來計算滑坡土體推力的傳遞系數(shù)法是有一定的適用條件的，如在平行滑動的滑體，且傾角小且無明顯變化得情況下比較適用?，F(xiàn)以抗滑樁為例，對土體滑坡推力進行具體分析。如圖3 所示。(1)取BG 作為抗滑樁設(shè)計推力，沒有考慮抗滑樁的設(shè)置，沒有充分考慮到滑坡體前緣抗滑段的作用，沒有明確的力學(xué)依據(jù)。(2)取CF 段作為抗滑樁設(shè)計推力，該方法在使用上容易使抗滑樁的設(shè)計推力偏大，偏于保守，容易造成浪費。(3)取EF 段作為抗滑樁設(shè)計推力，該方法最大程度地考慮了樁前滑體的剩余抗滑力，抗滑樁所承擔(dān)的設(shè)計推力偏小，導(dǎo)致樁前滑體不能滿足工程要求。(4)取DF 段作為抗滑樁設(shè)計推力，使抗滑樁的設(shè)計具有安全性和穩(wěn)定性，且成本適中。

圖3 抗滑樁設(shè)計推力計算簡圖

則弧BD 的算法:CD 段被定義為剩余下滑力，這種作用力是指樁后位置的滑塊向樁前的滑塊所傳遞的作用力，按照推力計算公式見式(6)。

因為抗滑樁的存在，取αi－1=0，Ti－1=CD，并求在這種條件下的Ti，并按照這種計算方法一直計算到樁前最后一塊，如果最后滑塊剩余下滑力趨近于零，則表明CD 段的計算取值是比較恰當(dāng)?shù)?如果不趨近于零，則說明對CD 段的取值不恰當(dāng)，應(yīng)重新取值，并按照上述計算方法重新計算，直到符合要求為止。

4 結(jié)束語

綜上分析，土體滑坡是我國的主要自然災(zāi)害之一，給我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活造成巨大影響，因此，不斷加強其治理措施的研究是至關(guān)重要的問題。在土體滑坡治理中，應(yīng)注意對抗滑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，對各種作用力進行精確計算，如:穩(wěn)定性、推力等，以提高其治理質(zhì)量，使其治理措施達(dá)到理想效果，減少土體滑坡帶來的損失。

［1］王卓娟，李孝平.抗滑樁在滑坡治理中的研究現(xiàn)狀與進展［J］.災(zāi)害與防治工程，2009，(1):14.

［2］朱忠榮，寇國祥.興嶺滑坡治理工程事故原因分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，(5):32.

［3］程建軍，廖小平，王浩，等.滑坡推力計算方法的對比研究與應(yīng)用［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，(1):56.