強降雨作用下填土滑坡的失穩(wěn)機理及加固處理措施研究

李光明，徐世光，2，王彥軍，屠水云

（1.云南地礦工程勘察集團公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學，云南 昆明 650093；3.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650102）

強降雨作用下填土滑坡的失穩(wěn)機理及加固處理措施研究

李光明1，徐世光1，2，王彥軍3，屠水云3

（1.云南地礦工程勘察集團公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學，云南 昆明 650093；3.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650102）

云南陽宗海西側(cè)某職業(yè)學院填土邊坡去年雨季發(fā)生滑坡，強降雨入滲導(dǎo)致的地下水滲流與土層軟化作用構(gòu)成了滑動的主要促發(fā)因素。變形分析和穩(wěn)定性計算揭示滑動面主要形成于填土與殘坡積層分界面。運用基于有限差分原理的Flac3D軟件來對該滑坡體進行分析，研究房屋加載與無加載時邊坡的應(yīng)力及位移場分布對滑坡的影響。應(yīng)急處置按照“應(yīng)急工程先行，防止惡化；永久治理，不留后患”的滑坡防治原則，采用旋挖樁預(yù)加固穩(wěn)坡、抗滑樁與排水等綜合治理措施，取得良好效果。

填土滑坡；地下水滲流；土體軟化；旋挖樁；抗滑樁

1 研究背景

云南地處云貴高原，山地和丘陵占總國土面積的94%，可用建設(shè)用地非常緊缺，隨著云南經(jīng)濟發(fā)展的加速，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴大，特別是近年城鎮(zhèn)上山政策的推行，人類工程活動中挖填方規(guī)模越來越大，有的開挖高度達數(shù)十米。因填土處置、施工方法不當而造成的高填方邊坡失穩(wěn)事故頻發(fā)，給經(jīng)濟建設(shè)帶來巨大損失，為此對填土邊坡的失穩(wěn)坡壞機理與治理方法的研究就顯得十分重要。

填土邊坡是人類工程活動中形成的一種人工邊坡，它的基本特點是，因填筑材料復(fù)雜多樣，很難保證其壓實質(zhì)量；填土邊坡的巖土體一般處于欠固結(jié)狀態(tài)，后期的沉降與變形不可忽視等［1-6］。

大量的工程實踐表明，降雨是影響邊坡穩(wěn)定性，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的一個主要的環(huán)境因素。降雨對邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，當邊坡地下水位埋深較淺時，降雨入滲使邊坡的地下水位抬升；另一方面，降雨入滲使邊坡巖土體的飽和度增加，基質(zhì)吸力減小，同時巖土體浸水軟化，其物理力學性質(zhì)將發(fā)生改變。特別是對于這類填土邊坡，當填筑土體的壓實度不高時，土體的滲透性通常都較好，當遭遇強暴雨時，大量雨水滲入地下抬高地下水位，從而使邊坡的穩(wěn)定性迅速降低［7-8］。

本文以云南陽宗海西側(cè)某職業(yè)學院填土滑坡為例，以該邊坡的工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，從其變形失穩(wěn)機理、穩(wěn)定分析、加固處理措施及其加固效果評價等多方面對其穩(wěn)定性進行了分析評價，對于相同或類似工程具有重要的借鑒意義。

2 滑坡體特征分析

2.1 滑坡形態(tài)特征 該填土滑坡體位于云南某職業(yè)學院陽宗海校區(qū)北東側(cè)斜坡體上，地形坡度上部較緩，基本削填為平臺狀，下部較陡約30°，坡面植被不發(fā)育。該區(qū)域為早期沖溝源頭地段，因工程建設(shè)的需要對沖溝進行回填整平，結(jié)合支擋工程后形成現(xiàn)狀西東向三級臺地的地形特征，在其南側(cè)滑坡前緣臨空面高2～13m。邊坡主滑方向約80°～200°，扇形分布，前緣一帶高程為1 924 m，后緣高程為1 945m，相對高差約20m。邊坡周界清晰，在斜坡地帶呈不規(guī)則“扇形”分布，主要沿歷史沖溝溝心方向滑動。

該滑坡體平面寬約90m，軸向長約50m，平面面積約為4 500m2，平均厚度約10m，總體積約為1.1×104m3，屬小型中層推移式填土滑坡?；碌幕瑒用妫◣В樘钔僚c原始坡面接觸帶，局部發(fā)育于殘坡積底界面（帶）。詳見圖1。

圖1 滑坡體工程地質(zhì)平面圖

滑坡體的地層巖性在豎直方向由上至下可分為：第四系人工素填土層、第四系殘坡積含角礫粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）、古生界寒武系系龍王廟組（∈1L）：全-中等粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r層?；聟^(qū)巖層產(chǎn)狀、節(jié)理與邊坡組合總體為順向坡，巖層產(chǎn)狀傾角大于邊坡坡度，對邊坡穩(wěn)定有利；出現(xiàn)深層基巖滑坡可能性小。滑坡體典型地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 滑坡區(qū)典型工程地質(zhì)剖面圖

2.2 滑坡體變形破壞特征 在該滑坡體中部陡坡地帶，目前自西向東建設(shè)有2#學生公寓、1#公寓及食堂等建筑物，設(shè)計均采用柱下人工挖孔樁基礎(chǔ)工程（見圖2），基礎(chǔ)樁長9～20 m不等，樁徑0.8～1.0m，樁基礎(chǔ)均埋入全、強風化泥巖及中風化灰?guī)r地層中。2012年12月以來該區(qū)域不斷出現(xiàn)變形跡象，建（構(gòu)）筑物及混凝土地坪出現(xiàn)開裂變形，并伴有水平滑移跡象，直接威脅1 000余學生生命安全，以及1#、2#學生公寓與學生食堂等建筑物安全。

滑坡地表變形跡象主要：有混凝土地面的拉裂、臺階的拉裂傾斜；公寓的傾斜、錯位與沉降彎曲變形；擋土墻的錯裂與鼓張；支撐樁的傾斜與局部錯裂；排水溝局部隆起開裂等。共發(fā)現(xiàn)地面變形裂縫82處，典型裂縫位置見圖1，滑坡典型裂縫特征見表1。

表1 滑坡地面典型變形裂縫統(tǒng)計表

3 滑坡成因分析

3.1 滑坡變形破壞機理分析 滑坡的形成主要有以下3方面的因素：

（1）地形因素：滑坡發(fā)育地段位于山脊斜坡區(qū)沖溝溝源地帶，沖溝溯源侵蝕強烈，溝壁失穩(wěn)，坍塌嚴重。

（2）水的作用：填土中存在大量孔隙，為透水層，每年雨季大量降雨通過填土孔隙入滲，轉(zhuǎn)化為地下水，由于下伏殘坡積層為相對隔水層，地下水便聚集在填土與殘坡積粉質(zhì)黏土分界面附近，沿填土底面向沖溝方向滲流，但在實地調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)滑坡體前緣及坡面有地下水滲出，說明地下水排水不暢，這就造成地下水長期作用在填土與原地表面之間，長期浸泡、軟化土體，降低了土體抗剪強度［2］，經(jīng)對本次試驗數(shù)據(jù)對比得知，其c、f值分別降低了22.2%和29%，從而形成軟弱面（在施工過程中發(fā)現(xiàn)在分界面附近填土處于飽和、軟塑—流塑狀態(tài)），由于原始地形向東南傾斜，存在一定臨空面，因此填土在自重及局部上部加載作用下向東南（沖溝）方向產(chǎn)生了推移式滑移。

（3）人為因素：原有高速公路棄土雜亂堆積于沖溝源頭，學院建設(shè)場地平整時，在未對原有填土進行任何處置的情況下，又進行了二次填土，同樣也未進行分層碾壓、夯實，也未采取排水措施，倉促在其上部進行建設(shè)、加載。導(dǎo)致填土結(jié)構(gòu)松散、飽和，引發(fā)填土邊坡失穩(wěn)及地基不均勻沉降、變形。

3.2 滑坡體穩(wěn)定性分析

3.2.1 計算剖面與穩(wěn)定分析參數(shù) 根據(jù)滑坡體的地質(zhì)條件及已有的變形破壞跡象，可以判斷該滑坡體的滑移模式為沿土石界面及填土界面整體滑移破壞。本文選取沿主滑方向的6個斷面作為穩(wěn)定分析的典型計算剖面進行穩(wěn)定性分析（各計算斷面的平面位置見圖4），其中5-5地質(zhì)剖面圖如圖3所示，表3為穩(wěn)定分析計算采用的滑坡體各土層的物理力學參數(shù)表。

3.2.2 滑坡體穩(wěn)定分析成果 邊坡抗滑穩(wěn)定性計算采用剛體極限平衡法，滑面縱向上均呈折線形，選取折線形滑面計算公式進行穩(wěn)定性計算［9-10］。

滑坡推力計算安全系數(shù)Fst，均以1取值。工程荷重Qi′（kN/m），滑坡區(qū)上部分布有公寓、食堂等建構(gòu)筑物，宿舍按15 kN/m考慮，共計90 kN/m的上部均布荷載；食堂按15 kN/m考慮，共計45 kN/m的上部均布荷載；本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，水平地震影響系數(shù)a取0.085。

計算工況包括天然狀況、考慮降雨與考慮地震作用。表4列出了各計算剖面不同工況條件下的穩(wěn)定分析成果，從計算結(jié)果可以看出，天然條件下各計算剖面的安全系數(shù)在0.9～1.05之間，處于臨界狀態(tài)，當考慮降雨影響時，其安全系數(shù)小于1.0。計算結(jié)果與滑坡體目前的穩(wěn)定狀況是相符的。

圖3 滑坡穩(wěn)定性典型計算斷面圖

表2 滑坡整體穩(wěn)定性計算參數(shù)取值

表3 滑移穩(wěn)定性計算結(jié)果統(tǒng)計表

3.3 滑坡體應(yīng)力變形分析 本文采用巖土工程數(shù)值分析軟件Flac3D對該滑坡體進行應(yīng)力變形分析，研究在有房屋加載與無房屋加載時邊坡的塑性區(qū)及位移場分布，從而得到建筑物加載對于滑坡的影響。

圖4 位移場分布圖

圖5 塑性區(qū)分布圖

由圖4、圖5可得知滑體的位移主要集中在滑坡的填土層，滑坡體發(fā)生剪切塑性破壞的區(qū)域在滑坡體的填土界面上，綜合可得滑坡體的潛在滑動面極有可能就是填土界面。

4 滑坡體加固處理措施及加固效果評價

4.1 已有加固工程失效原因分析

4.1.1 已有加固工程 業(yè)主前期已實施樁板墻及擋土墻工程。樁板墻工程共12棵支撐樁，據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，部分支撐樁頂已向外側(cè)偏移約5 cm，樁身外側(cè)產(chǎn)生混凝土爆裂變形，鋼筋裸露、折斷；深孔位移監(jiān)測資料也表明支撐樁地帶有深部位移現(xiàn)象，說明支撐樁的穩(wěn)固效果欠佳，甚至已經(jīng)失效。擋土墻工程共有兩段：均為混凝土懸臂式擋土墻，墻頂厚25 cm，墻底厚55 cm，基礎(chǔ)埋深約100 cm?，F(xiàn)狀墻身出現(xiàn)鼓脹裂縫，特別是靠近支撐樁地段，縫寬約3 cm。此外還進行了灌漿及錨索試驗均未見成效。

4.1.2 治理工程失效原因分析 據(jù)勘察結(jié)果填土厚度最大達14.2m，已有治理工程中支撐樁長僅11～18.2m。本次設(shè)計對原有支撐樁樁長、配筋進行反算，結(jié)果表明：原設(shè)計嵌固段普遍偏短，導(dǎo)致樁體抗滑、抗傾能力不足；部分樁型設(shè)計樁徑偏小，配筋也不能滿足樁身受力要求；而擋土墻基礎(chǔ)埋深僅1m，埋設(shè)于填土之中，不能起到抗滑作用。

同時前期工程中未設(shè)置地下水排水措施，也是已有加固工程失效的重要原因。

4.2 本次滑坡加固處理措施 對該滑坡體主要采用抗滑樁進行加固處理。由于坡體已持續(xù)變形破壞，挖樁過程安全風險極高，且抗滑樁施工工期較長，對坡體現(xiàn)狀情況極為不利，須對坡體實施應(yīng)急穩(wěn)坡措施，故在抗滑樁前設(shè)置一排旋挖樁作為預(yù)加固措施，為抗滑樁工程實施提供時間與安全保證；并在旋挖樁樁頂設(shè)置冠梁，在抗滑樁與旋挖樁之間設(shè)置連梁，以期能進一步控制抗滑樁樁頂位移并充分發(fā)揮旋挖樁的抗滑功效，由于形成了雙排樁結(jié)構(gòu)，其可承擔比設(shè)計更大的滑坡推力［8］。因此，本滑坡總體治理方案為：抗滑樁+旋挖樁+堆填反壓+坡面整理+排水工程。治理工程平面布置見圖6，布置剖面圖見圖7。

圖6 滑坡應(yīng)急治理工程平面布置

圖7 滑坡治理工程布置剖面

4.2.1 抗滑樁工程 為控制滑坡西側(cè)塊體的變形，沿9-9′剖面布設(shè)10根抗滑樁，樁截面1.5m×2.0m樁長20～28m，樁心距為5.0m；為控制滑坡東側(cè)塊體的變形，沿11-11′剖面布設(shè)16根抗滑樁，樁截面2.0m×2.5m及2.0m×3.0m，樁長20～30m，樁心距均為5.0m?？够瑯恫捎萌斯ね诳坠に嚕珻25混凝土澆筑。

4.2.2 旋挖樁預(yù)加固工程 在抗滑樁靠坡頂一側(cè)布設(shè)54根旋挖樁對坡體進行預(yù)加固，樁徑1.0m，樁長20～30m，采用C30混凝土澆筑，樁頂部位設(shè)置冠梁，冠梁寬度為1.2m，高度為0.6m，在抗滑樁上設(shè)置縱向連梁，連梁寬度為1.0m，高度為0.6m，與旋挖樁冠梁連接。

同時進行整坡及堆石反壓工程以穩(wěn)固坡腳，為了避免地表水及地下水繼續(xù)對滑坡造成危害，修復(fù)了地表（截）排水溝及雨水、污水管等地表排水工程，并在滑坡體下部設(shè)小仰角（5°）排水孔10個，成孔直徑110mm，埋設(shè)直徑100mm花管，中間灌注中粗砂，以排泄坡體內(nèi)部地下水。

4.3 滑坡監(jiān)測結(jié)果及本次滑坡治理效果評價 為監(jiān)控滑坡體變形特性及工程治理效果，對坡體布置了若干監(jiān)測點，對坡體進行了施工前、施工中及施工后初期的水平、垂直變形監(jiān)測，相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果如表4及圖8所示。

表4 2#公寓南側(cè)擋墻頂水平位移監(jiān)測成果統(tǒng)計

圖8 垂直位移監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計曲線圖

由以上圖表可見，自旋挖樁于2014年8月20日施工完成后，滑坡沉降和水平位移趨于穩(wěn)定，而當抗滑樁施工在2014年11月完成后，沉降和水平位移均小于10mm，位移速率均＜0.012mm/d?；轮卫磉_到預(yù)期效果。

5 結(jié)論

（1）對滑坡體的地質(zhì)條件與變形破壞特征分析結(jié)果顯示，該滑坡體發(fā)生較大變形的主要原因為，無序堆填于沖溝源頭斜坡上的松散填土在強降雨時地下水入滲增加了坡體自重，而且軟化土體導(dǎo)致抗剪強度降低，減小了摩擦力，增大了下滑力，從而造成土體滑動。

（2）對填土滑坡，降低坡體內(nèi)的地下水位和防止地表水入滲是滑坡治理的關(guān)鍵。

（3）對于已產(chǎn)生滑動或正在變形的邊坡，在抗滑樁施工前宜采取先導(dǎo)措施預(yù)加固滑坡體，以便為人工挖孔樁贏得時間及施工安全。旋挖樁施工進度快，也可對地質(zhì)情況（滑動面）進行進一步核準，及時調(diào)整優(yōu)化抗滑工程，可作為此類滑坡預(yù)加固措施的首選。

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Research on the instability mechanism and treatmentm easures of the filled soil Landslide under heavy rain fall

LI Guangming1，XU Shiguang1，2，WANG Yanjun3，TU Shuiyun3
（1.Yunnan Geologic and Mineral Bureau of Explora tion&Exploitation，Kunm ing 650041，China；2.Kunming University of Science and Technology，Kunm ing 650093，China；
3.Geological Engineering Survey and Design Institute of Yunnan.Kunming 650102，China）

A filled soil landslide occured at a vocational college on western embankment of Yangxong lake in Yunnan last rainy season.The groundwater seepage and the obvious reduction in the shearing Strength of the filled soid，both of which were caused by the infiltration of a heavy rainfall，are considered the triggering factors of the landslide.Deformation analsis and stability calculation revealed that the sliding zone was formed mainly along the interface between the filling layer and the residual soil layer.The measure of the rotary drilling pile has been taken to reinforce slope stability in advance，and anti-sliding piles together with the measure of reducing the slope load and drainage system have been completed finally，and an effective result has been achieved.

filled soil landslide；groundwater seepage；reducing the shearing strength of the soil；rotary drilling pile；anti-sliding pil

TV43

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.02.004

1672-3031（2016）02-0103-07

（責任編輯：李 琳）

2015-02-07

李光明（1966-），男，云南華坪人，碩士，高級工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計及地質(zhì)災(zāi)害防治工作。E-mail：545036368@qq,com