基于MIDAS軟件對某滑坡加固后的穩(wěn)定性分析

徐一萍

(貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550033)

0 引 言

近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路、鐵路開始大力建設(shè)。而某些交通路線地質(zhì)條件相對復(fù)雜，通常伴隨著崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的威脅。尤其是滑坡會毀壞交通路線，使路基破壞，造成巨大損失。因此，進行滑坡穩(wěn)定性分析、治理措施設(shè)計及加固后穩(wěn)定性分析是必不可少的[1]。

1 滑坡體特征及勘察概況

本文所述的滑坡體后緣為亂掘地，地形西高東低基本向東傾斜，坡度20°～70°，坡高26.0～30.0 m，北高南低，其中人工邊坡坡高5～15 m，坡度30°～70°。該滑坡體臨近駕校、廠房等建筑物，一旦發(fā)生滑坡，將嚴(yán)重影響附近人員的生命財產(chǎn)安全。

滑坡總體坡向90°，滑坡長度約50 m，寬度約230 m，其中主滑帶滑坡體平均厚度約5.0 m，體積約5.7×104m3，為淺層活動新滑坡，屬牽引式滑坡。危害等級為二級，本滑坡治理工程等級為Ⅱ級。主要滑坡影響范圍約在中間部位50 m×100 m；地面北東高向南西傾斜，地面坡度約20°～70°，屬中速滑坡[2]。

1.1 自地形地貌

危害區(qū)域?qū)賱兾g丘陵地貌，為巖土質(zhì)高邊坡，坡向90°，坡高15.0～30.0 m不等，北段高，南段低；斜坡前緣為人工邊坡，坡高5～7 m，南北走向；坡頂為土質(zhì)公路，公路寬4 m左右；坡面為土體，坡面見少量植被。

1.2 發(fā)育階段

滑坡的發(fā)育過程比較復(fù)雜，一般分為3個階段：不穩(wěn)定因素積累階段(又稱蠕動壓密階段)；滑動階段；相對穩(wěn)定或固定階段(又稱穩(wěn)定)。本滑坡體主要處于不穩(wěn)定因素積累階段(又稱蠕動壓密階段)，局部有滑動階段。

1.3 形成機理

該滑坡的產(chǎn)生是外動力作用的結(jié)果。崗丘斜坡地帶，原經(jīng)由部分開挖，滑坡體前緣臨空；地形坡向與巖層傾向相一致(順層坡)；表層土，結(jié)構(gòu)松散，成份不一，孔隙比大，且風(fēng)化巖層透水性及飽水性較好，下伏基巖易形成滑床，為滑坡產(chǎn)生提供了有利的地質(zhì)地理條件。其次，坡面上的地表水沒有較好的疏通通道，天然降雨驟然增多，導(dǎo)致整個坡體的松散物質(zhì)飽水，從而荷載突然加大，在斜坡土體自重壓力作用下，土體順自然坡向，沿基巖界面發(fā)生滑動破壞，其特點是滑速慢、滑程短。

1.4 滑坡工程地質(zhì)特征

場地有小規(guī)?；闆r表明，斜坡已經(jīng)處于滑坡臨發(fā)前期征兆。在雨季強降雨激發(fā)作用下，易發(fā)生滑坡。根據(jù)現(xiàn)場測繪及鉆探、坑探揭露，滑坡長度約50 m，寬約230 m，滑體平均厚約5.0 m，體積約5.7×104m3。其中，主滑帶寬約110 m，左右影響帶寬約120 m。滑坡體治理長度約230 m，滑坡體呈條帶狀，滑面呈圓弧狀，滑坡體物質(zhì)由表層填土、含黏性土碎石組成，厚度不均勻，最大厚度約5.5 m；從平面上看滑坡體后緣形成有一級滑坡平臺，后緣有少量微裂隙，裂隙寬約1～5 mm，頂部地形相對較平緩；滑坡剪出口位于斜坡中下部，未出現(xiàn)明顯剪脹，出口地面坡度10°～30°左右；滑床上部為含黏性土碎石土，下部為強風(fēng)化砂礫巖，巖體完整，較穩(wěn)定。

從滑坡體中已經(jīng)出現(xiàn)的部分坍塌分析，裂縫新鮮無填充物，更未見雜草從生，說明滑動是近期出現(xiàn)的。

滑帶總體上呈弧型，后緣一帶陡直，角度近90°，滑坡前緣臨空?；潞窦s8 m，沿裂隙內(nèi)土體濕潤，滑帶物質(zhì)為碎石土，該層上覆土主要為稍密～中密的碎石層，透水性及飽水性較大，對滑動面起到了潤滑作用。加之全風(fēng)化巖經(jīng)雨水侵入浸泡后，導(dǎo)致該層急速軟化，承載力急速降低，形成極不穩(wěn)定的軟弱帶，在由巖面構(gòu)成的滑床上極易失穩(wěn)。

2 加固前滑坡穩(wěn)定性分析

整個滑坡分為3段，即AA′、A′B、BC段。

AA′為滑坡上游影響帶，長度約10 m，邊坡表部覆蓋薄層殘坡積層，坡腳基巖出露，該段潛在威脅為中上部的高陡邊坡和松散土體，因此該段中上部采用抗滑樁+錨索進行加固，下部維持現(xiàn)狀。

A′B段為潛在主滑帶，整個滑動帶較長，坡度較陡，中上部坡度約60°，下部約30°，潛在滑坡體厚度大。該段目前已出現(xiàn)險情，中上部人工堆積體滑落，表層殘坡積層崩落；坡腳為人工削坡，人工邊坡高約8 m，坡度較陡，蠕變明顯。該段坡面上部為薄層殘坡積坡體和崩積體，坡腳為崩滑堆積體，結(jié)構(gòu)松散。因此，該段中上部采用抗滑樁+錨索加固，下部采用擋墻攔截崩滑體。

BC段為潛在次滑帶，與AA′類似，長度約110 m，邊坡表部覆蓋薄層殘坡積層，坡腳較緩，殘坡積層較厚，該段潛在威脅為中上部的高陡邊坡和松散土體。因此，該段中上部采用抗滑樁+錨索進行加固，下部進行人工削坡。

2.1 定性分析

A′AB段滑坡位于北側(cè)，東側(cè)臨近某駕校和某兒童用具廠，坡腳離已建房屋3～8 m。該段滑坡寬度約120 m，邊坡高度25～29 m，坡角在 30°～45°，邊坡較陡，且下部邊緣已進行人工開挖，開挖高度約8 m。

邊坡地層上部為人工填土層、含黏性土碎石，下部為砂質(zhì)泥巖，根據(jù)地質(zhì)條件，將該邊坡綜合判定為碎石土邊坡。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，邊坡中下部為人工削坡，坡高6～10 m，坡率較大，坡腳出現(xiàn)臨空，邊坡出現(xiàn)淺層崩塌，坡面堆積較厚松動碎石土，坡腳較多崩積體，一旦遇水入侵，會使土體吸水飽和，從而使土體容重增大，土體抗剪強度降低。加之地下水和地表水的動力作用，會誘導(dǎo)原本不穩(wěn)定的土體滑動，危機下部建筑及人員安全；綜合判定該邊坡整體穩(wěn)定性差，為潛在崩滑邊坡[3]。

BC段滑坡位于南側(cè)，東側(cè)臨近九江天利實業(yè)有限公司，坡腳離已建房屋2～10 m。該段滑坡寬度約110 m，邊坡高度20～28 m，坡角在 25°～35°。邊坡相對AB短緩，坡腳有少量人工堆積體，坡頂坡度較大，坡腳較緩，局部段有已建漿砌石擋墻，墻體較矮，墻體較為單薄；邊坡地層上部為人工填土層、含黏性土碎石，下部為砂質(zhì)泥巖，根據(jù)地質(zhì)條件，將該邊坡綜合判定為碎石土邊坡。邊坡整體穩(wěn)定性差，為潛在崩滑邊坡。

2.2 定量分析

分別對地貌破壞前和破壞后(現(xiàn)狀)邊坡進行定量分析，根據(jù)有限元分析，原始地貌(破壞前)邊坡潛在滑動面貫穿整個邊坡，剪出口位于坡腳，強度折減法計算邊坡安全系數(shù)為1.36?，F(xiàn)狀(破壞后)邊坡潛在滑動面位于坡腳，區(qū)域減小，邊坡安全系數(shù)為1.07，根據(jù)理正條分法計算，現(xiàn)狀(破壞后)邊坡安全系數(shù)為1.043，不能滿足永久邊坡穩(wěn)定要求，需加固處理。見圖1、圖2。

圖1 原始地貌(破壞前)潛在滑動面及邊坡安全系數(shù)為1.36

圖2 現(xiàn)狀地貌(破壞后)潛在滑動面及邊坡安全系數(shù)為1.07

3 滑坡治理設(shè)計

3.1 A′B段邊坡方案

1) 根據(jù)邊坡情況，治理方案采用“抗滑樁+錨索+坡腳擋土墻”。

2) A′B段在道路至滑坡中部12 m處布置抗滑樁，樁頂至道路采用放坡，坡率為1∶3，抗滑樁至坡腳維持現(xiàn)狀，坡腳采用懸臂式混凝土擋墻?？够瑯稑堕L13 m，樁間距4.0 m，抗滑樁截面尺寸D=1.5 m×1 m，懸臂高度3.0～5.0 m，嵌固段長度8.0～10.0 m。樁間采用混凝土面板，面板厚度0.2 m，面板高度根據(jù)壓頂梁至坡面地面線高度調(diào)整。樁頂采用連梁，連梁尺寸D=1.0 m×1.0 m；連梁下2.0 m處設(shè)置錨索，錨索采用5束1*5Φ15.2鋼絞線，設(shè)置錨索長度15 m，其中自由鍛長度5.0 m，錨固段10 m，孔徑150 mm。坡腳采用C30混凝土擋墻，擋墻高度4.0 m，其中擋墻埋深1.5 m，懸臂高度2.5 m。同時在坡腳設(shè)置SNS柔性網(wǎng)，柔性網(wǎng)采用Q235鋼管支撐，鋼管直徑為50 mm，壁厚不小于3.5 mm，鋼管埋深1.5 m，懸臂2.5 m。

3.2 AA′、BC段邊坡方案

1) 根據(jù)邊坡情況，治理方案采用“抗滑樁+錨索+放坡”。

2) AA′、BC 段在道路至滑坡中部12 m處布置抗滑樁，樁頂至道路采用放坡，坡率為1∶3，AA′ 段抗滑樁至坡腳維持現(xiàn)狀，BC段抗滑樁至坡腳采用放坡，坡率為1∶2?？够瑯稑堕L13 m，樁間距4.0 m，抗滑樁截面尺寸D=1.5 m×1 m，懸臂高度4.0～5.0 m，嵌固段長度8.0～9.0 m。樁間采用混凝土面板，面板厚度0.2 m，面板高度根據(jù)壓頂梁至坡面地面線高度調(diào)整?，F(xiàn)場樁頂采用壓梁，壓梁尺寸D=1.0 m×1.0 m；樁頂下1 m處設(shè)置錨索，錨索采用5束1*5Φ15.2鋼絞線，設(shè)置錨索長度15 m，其中自由鍛長度5.0 m，錨固段10 m，孔徑150 mm。同時在坡腳設(shè)置SNS柔性網(wǎng)，柔性網(wǎng)采用Q235鋼管支撐，鋼管直徑為50 mm，壁厚不小于3.5 mm，鋼管埋深1.5 m，懸臂2.5 m[4]。

4 滑坡加固后穩(wěn)定性模擬評估

4.1 原始地貌及現(xiàn)狀地貌建模

根據(jù)設(shè)計，對公路以外12 m進行回填，坡率為1∶3，同時采用抗滑樁加固，抗滑樁采用實體單元，樁間板采用平面應(yīng)變單元，錨索采用桿系單元；對坡腳進行削坡，對臨空面進行回填，回填坡率1∶2，同時對坡腳采用擋墻加固，擋墻采用實體單元[5]。根據(jù)此次模型橫向為9 m，2個抗滑單元體，共建3根樁，見圖3、圖4。

圖3 現(xiàn)狀地貌(破壞后)建模

圖4 恢復(fù)治理后地貌

4.2 穩(wěn)定分析結(jié)果

穩(wěn)定分析結(jié)果見圖5-圖12。

圖5 現(xiàn)狀地貌整體豎向應(yīng)力分布

圖6 加固后整體豎向應(yīng)力分布

圖7 加固后整體水平應(yīng)力分布

圖8 加固后整體水平位移分布

圖9 加固后整體豎向位移分布

圖10 加固后整體水平應(yīng)變

圖11 加固后整體豎向應(yīng)變

圖12 加固后潛在滑移面

5 結(jié) 論

運用MIDAS數(shù)值模擬軟件對該滑坡在自然工況和加固工況下的穩(wěn)定性分析，可得出結(jié)論：

1) 自然工況下，滑坡不能滿足永久邊坡穩(wěn)定要求，需加固處理。

2) 加固后，對抗滑樁以上部位是有利的，能有效減小坡體位移，限制坡體的蠕動、滑移。加固后回填土體變形較大，因此在回填土體時建議回填碎石土或者不進行回填，形成落石坑，且需要分層壓實，壓實度大于95%。擋墻墻面需要做好排水，嚴(yán)禁墻后積水。