地下水滲流情況下富水滑坡治理設(shè)計(jì)

■翁麗花

（莆田市公路事業(yè)發(fā)展中心涵江分中心， 莆田 351100）

地下水是造成滑坡的重要因素，多數(shù)滑坡的發(fā)生與發(fā)展過程都與地下水活動(dòng)密切相關(guān)。 關(guān)于地下水對滑坡的影響方式主要有兩個(gè)方面：一是對滑動(dòng)帶的潤滑和軟化造成滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度減小，下滑力增大； 二是地下水對滑體的動(dòng)水壓力和靜水壓力。 國內(nèi)外對于富水滑坡的治理和計(jì)算方法進(jìn)行了大量的研究，并且成功地治理了許多富水滑坡[1-3]。然而，在工程實(shí)踐中，通常采用滑坡某一時(shí)期所處的狀態(tài)反算出滑動(dòng)帶的指標(biāo)進(jìn)行滑坡治理設(shè)計(jì)，而沒有考慮地下水的滲流影響。 因此，本文依托某省道富水滑坡案例， 采用反算的方法得出滑動(dòng)帶的強(qiáng)度指標(biāo)， 而后采用預(yù)應(yīng)力錨索框架結(jié)合平孔排水的方式對滑坡進(jìn)行綜合治理，并通過GeoStudio 軟件進(jìn)一步計(jì)算了在地下水滲流情況下的滑坡穩(wěn)定性。

1 工程概況

1.1 原設(shè)計(jì)概況

原設(shè)計(jì)邊坡開挖共2 階，1 階坡腳設(shè)路塹擋墻，采用漿砌片石滿鋪?zhàn)o(hù)坡， 后因強(qiáng)降雨引起邊坡變形，進(jìn)而卸載刷方至3 階，第3 階滿鋪漿砌片石護(hù)坡。 滑坡現(xiàn)狀如圖1 所示。

圖1 滑坡全景圖

1.2 地形地貌及工程地質(zhì)

滑坡區(qū)為剝蝕丘陵地貌區(qū)， 天然坡度約25°～30°區(qū)，局部為35°，坡體由東北傾向西南。 原地表植被較發(fā)育，坡面除了部分蘆葦茂盛，還有龍眼、芭蕉樹，邊坡小里程至中部地形內(nèi)凹，大里程坡體位于地形山脊處，后部為水稻田（現(xiàn)改為旱田）、地瓜田地及居民住宅。 邊坡鄰近構(gòu)筑物環(huán)境復(fù)雜，坡下線路右側(cè)建有四層磚混結(jié)構(gòu)及龍東大橋，三級坡面筑有2 根電桿， 邊坡左后方距離邊坡開口線20 m 位置坐落1 處電塔（35 kV，梧白線）。 因坡體處于山坳匯水處，坡面水系特別發(fā)育，多處見匯水點(diǎn)，擋墻墻身泄水孔多處見出水，段落中部擋墻墻頂上部坡面徑流經(jīng)由墻身流至墻腳排水溝。 據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔揭露， 場地地層從上至下依次為， 人工填土（Q4me）、殘坡積土（Qdl-el），下伏基巖為凝灰熔巖（J3n）及其風(fēng)化層。

2 滑坡的形成過程和原因

2.1 滑坡的形成過程

在2017 年7 月30 日9 號“納沙”和2017 年8 月1 日10 號“海棠”雙臺風(fēng)以及強(qiáng)降雨作用下，邊坡出現(xiàn)病害，坡面滑塌，后緣下錯(cuò)裂縫貫通。 該段邊坡長約260 m，病害較為明顯的段落約有100 m，坡高約25 m。 因坡面滑體已經(jīng)堆積至擋墻墻頂，部分巖土體已溜至下方路面，電塔及坡面電桿存在倒塌風(fēng)險(xiǎn)，邊坡病害嚴(yán)重威脅坡下房屋安全及省道運(yùn)營安全，對邊坡進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)刷方卸載處理，移除坡面電桿。 2019 年3 月，經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)邊坡后緣圈椅狀下錯(cuò)裂縫明顯，最高處下錯(cuò)裂縫近4 m，邊坡坡面沖刷嚴(yán)重，后緣下錯(cuò)裂縫已延伸至原電塔塔基平臺。 滑坡平面如圖2 所示。

圖2 滑坡裂縫分布

2.2 滑坡的形成原因

2.2.1 地質(zhì)條件的影響

滑坡區(qū)巖石風(fēng)化層和殘坡積層較厚且呈散體狀，在降雨入滲的條件下極易軟化，飽水后的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)大幅度降低。 其中，上覆的殘坡積層和風(fēng)化層具有一定的滲透性，而下部的中風(fēng)化層滲透性較小，降雨入滲后的地下水在土巖交界面形成富水層，形成相對軟弱層，導(dǎo)致滑動(dòng)帶的產(chǎn)生。

2.2.2 工程活動(dòng)的影響

由于省道施工開挖形成的3～7 m 陡坎，削弱自然坡體的前緣支撐， 在連續(xù)降雨等不利工況下，路塹邊坡首先產(chǎn)生變形和破壞，使得坡體前緣的抗剪能力急劇下降，進(jìn)而改變了整個(gè)山體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。

2.2.3 水的影響

滑坡區(qū)位于地表水、地下水易匯集的山坳地，地下水多沿土巖交界面徑流， 連日暴雨使本已豐富的地下水更加充盈，土巖交界面的徑流量驟增，增大了滑坡體的下滑力。另外，滑坡體上的多級裂縫為地表水的滲入提供了通道，滑動(dòng)帶中含水量大增，最終達(dá)到飽和狀態(tài)，在土巖交界面的靜水和動(dòng)水作用下，上部殘坡積層和風(fēng)化層沿著土巖交界面滑動(dòng)。

3 滑動(dòng)面的辨識及滑動(dòng)面強(qiáng)度指標(biāo)反算

3.1 滑動(dòng)面的辨識

對于滑坡的治理首要任務(wù)是確定滑動(dòng)面的位置，根據(jù)滑坡后緣裂縫和前緣變形情況，以滑坡后緣裂縫和前緣剪出口為控制點(diǎn)，結(jié)合地層結(jié)構(gòu)中巖芯出水發(fā)生部位確定滑面的位置（圖3）。 該滑坡存在多級裂縫和豐富的地下水，根據(jù)滑坡后緣的裂縫位置，此次滑坡為多級多次的牽引式富水滑坡。

圖3 推測滑動(dòng)面

3.2 滑動(dòng)面強(qiáng)度指標(biāo)反算

由于受到滑坡體滑動(dòng)的影響，滑動(dòng)帶土體已經(jīng)成松散狀，滑動(dòng)帶的土體取樣困難。 另外，滑動(dòng)帶經(jīng)過長時(shí)間和多次的剪切， 其現(xiàn)有應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，難以通過常規(guī)的室內(nèi)土工試驗(yàn)測定強(qiáng)度參數(shù)，因此對于滑動(dòng)帶的強(qiáng)度指標(biāo)通常根據(jù)滑坡某一時(shí)期所處的狀態(tài)反算其滑動(dòng)帶的強(qiáng)度指標(biāo)。 考慮目前坡體處于蠕滑階段的基本穩(wěn)定狀態(tài)，據(jù)此對剖面進(jìn)行潛在滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)反分析計(jì)算， 安全系數(shù)Fs取1.05～1.10[5]，反算的滑動(dòng)帶強(qiáng)度指標(biāo)如下所示：當(dāng)前狀態(tài)穩(wěn)定度F=1.070；滑動(dòng)面指標(biāo)γ=18.5 kN/m3、C=13 kPa、φ=13°，參數(shù)反算結(jié)果如圖4 所示。

圖4 參數(shù)反算結(jié)果

4 滑坡綜合處治措施及效果分析

4.1 滑坡綜合處治措施

該滑坡周邊環(huán)境復(fù)雜，前緣影響區(qū)范圍內(nèi)存在省道，后緣影響區(qū)范圍內(nèi)存在高壓電塔，并且地下水豐富，因此對于該滑坡的治理采用治水與防護(hù)加固并用的綜合治理措施。 該省道等級為二級，滑坡影響區(qū)有高壓電塔， 滑坡防治安全等級提高一級，該滑坡防治安全等級判定為Ⅰ級，因此該滑坡防治工程設(shè)計(jì)穩(wěn)定安全系數(shù)在正常工況下取1.20～1.30，非正常工況下取1.10～1.20。

4.1.1 防護(hù)加固措施

防護(hù)加固措施如下：（1）該滑坡前緣坡面基本平整， 為了盡量減小治理工程對滑坡體的擾動(dòng)，在滑坡體前緣采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，錨索鉆孔孔徑φ150 mm，6 束鋼絞線錨索。 （2）為了保護(hù)已有高壓電塔，鐵塔外側(cè)設(shè)置2 排鋼管樁，正方形布置，樁間距0.5 m，樁頂鋼筋混凝土冠梁連接，冠梁尺寸寬1.0 m，高0.4 m，保證鋼管樁進(jìn)入碎塊狀凝灰熔巖不小于3 m，采用M30 水泥砂漿進(jìn)行注漿。 加固斷面如圖5 所示。

圖5 加固斷面圖

4.1.2 截排水措施

截排水措施如下：（1）第一階擋墻墻身及第二階設(shè)置排水平孔，長25 m，間距5 m。 （2）根據(jù)坡體裂縫分布情況，設(shè)置2 道環(huán)狀截水溝，中部設(shè)置4 道橫縱向主溝連接，形成樹枝狀截水系統(tǒng)。 （3）滑體表面裂縫已成為地下水下滲的重要通道，采用黏土對已有裂縫進(jìn)行封閉。

4.2 滑坡綜合處治效果分析

4.2.1 正常工況處置效果分析

邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固后，滑體的安全穩(wěn)定性系數(shù)為1.331（圖6），滿足規(guī)范要求。

圖6 正常工況計(jì)算結(jié)果

4.2.2 基于地下水滲流的處置效果分析

該滑坡為富水滑坡，為了驗(yàn)證地下水滲流對滑坡處置效果的影響，采用GeoStudio 軟件的SEEP/W模塊和SLOPE/W 模塊。 運(yùn)用SEEP/W 模塊模擬出不同降雨持時(shí)條件下非飽和土體中地下水的瞬態(tài)分布情況，得到瞬態(tài)孔隙水壓力分布情況。 再利用SLOPE/W 分析瞬態(tài)孔隙水壓力分布下的邊坡穩(wěn)定性，從而得到滑坡在地表水下滲條件下的邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)。

滑坡所在地暴雨量值（表1）通過水利部水文局、南京水利科學(xué)研究院2005 年編制的《中國暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》收集整理[9]。 5 種歷時(shí)能較好表述滑坡區(qū)暴雨時(shí)程分布的基本特點(diǎn)，10 min 代表小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生的特短歷時(shí)特小面積暴雨，而72 h 則基本上可以反映較大尺度天氣系統(tǒng)形成的一次降水過程。 計(jì)算結(jié)果如圖7～11 所示，在降雨情況下，該滑坡的穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.10，滿足規(guī)范要求。

圖7 降雨歷時(shí)10 min 地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響情況

表1 滑坡區(qū)域百年一遇雨量值

從滲流計(jì)算結(jié)果可得，地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響較大，1 h～6 h 的降雨條件下安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而降低，而24 h～72 h 的降雨條件下安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而增大。 在降雨歷時(shí)較短時(shí)，由于短歷時(shí)下的暴雨強(qiáng)度較大，隨著降雨時(shí)長的增加，地下水來不及排出，安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而降低。 在降雨歷時(shí)較長時(shí)，由于長歷時(shí)下的暴雨強(qiáng)度較小，隨著降雨時(shí)長的增加，地下水逐漸排出，安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而增大。

圖8 降雨歷時(shí)1 h 地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響情況

圖9 降雨歷時(shí)6 h 地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響情況

圖10 降雨歷時(shí)24 h 地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響情況

圖11 降雨歷時(shí)72 h 地下水滲流對滑坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)影響情況

5 結(jié)論

本文以對某省道富水滑坡的治理為背景，采用基于滲流的方法計(jì)算了不同降雨歷時(shí)對滑坡穩(wěn)定性的影響，得到如下結(jié)論：（1）對于滲透性上大下小的地層， 降雨入滲的雨水易在土巖交界面匯集，在動(dòng)水和靜水的作用下，上部土層沿著土巖交界面滑動(dòng)。 （2）對于地下水豐富的富水滑坡，應(yīng)采用治水與防護(hù)加固并用的綜合治理措施。 （3）在短歷時(shí)降雨時(shí)，由于暴雨強(qiáng)度較大，隨著降雨時(shí)長的增加，地下水來不及排出，安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而降低。 在長歷時(shí)降雨時(shí)，由于暴雨強(qiáng)度較小，地下水逐漸排出，安全穩(wěn)定性系數(shù)隨著降雨時(shí)長的增長而增大。