某山區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價及治理方案

■巫海明

（三明市公路橋隧保障中心，三明 365001）

邊坡代表了特別廣泛的地質(zhì)和地貌環(huán)境。 在自然因素和人為因素的影響下，邊坡易出現(xiàn)不穩(wěn)定。破壞的主要形式有邊坡地表變形、滑坡、泥石流等[1]。邊坡的變形和破壞是災難性的，它直接或間接地造成水土流失、洪水等災害，帶來人員傷亡和財產(chǎn)損失。 本文通過考察某山區(qū)滑坡情況，查閱大量的技術資料，基于現(xiàn)場勘察與測繪資料分析邊坡的結(jié)構特征、變形趨勢、滑動成因，并對滑坡穩(wěn)定性進行分析，制定可行的治理方案，不但對某山區(qū)滑坡治理具有現(xiàn)實參考意義，對今后解決類似的滑坡問題也具有借鑒意義。

1 工程概況

該滑坡位于某山區(qū)公路一側(cè)，滑坡平面形態(tài)呈“近扇形”，后緣高程約517 m，前緣高程約452 m；最大高差約65 m，斜長約110 m，前緣寬度約180 m，后緣寬度約35 m， 潛在滑坡體上部土體厚度約10 m，面積約6000 m2，滑坡土體體積約60000 m3。該滑坡尚處于不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴重威脅著滑坡體下方公路的行車及行人的生命財產(chǎn)安全。

2 地層分布及滑坡成因分析

滑坡區(qū)地層較為簡單，主要為三疊安仁組系粉砂巖，自上而下分為：（1）殘坡積粘性土夾碎石：灰黃色，以粘粒、粉粒為主，夾少量強風化粉砂巖碎石，分布在坡頂，厚度3～5 m；（2）碎塊狀強風化粉砂巖：灰黃色、紫色，薄層狀結(jié)構，碎塊狀構造，巖質(zhì)軟，手可折斷，錘擊亦碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，夾泥質(zhì)粉砂巖，上部分布薄層狀砂土狀強風化粉砂巖，局部地段鉆探漏水現(xiàn)象，采取率較低；（3）中風化粉砂巖：灰黃色、紫紅色，薄層狀結(jié)構，碎塊狀構造，巖質(zhì)較硬。 節(jié)理裂隙發(fā)育，主要裂隙軸夾角40°～45°不等，硅質(zhì)、鈣質(zhì)充填膠結(jié)。 巖體較破碎，巖芯呈短柱狀，滑坡后緣產(chǎn)狀，前緣左側(cè)產(chǎn)狀，前緣右側(cè)產(chǎn)狀。

淺層滑坡體多條張拉裂縫，均在殘坡積層夾碎石土層及強風化巖層中，由于風化劇烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，造成坡體的殘坡積層夾碎石土層及強風化巖層在降水及地下水的作用下，下滑力增加，坡體巖、土層強度進一步降低， 導致坡體在自身重力作用下，沿傾向坡面向節(jié)理組合面滑動。 按地層情況對滑坡體布置1―1′、2―2′、3―3′剖面圖進行分析，1―1′、2―2′剖面存在滑動面，3―3′剖面是正常地層，如圖1～3 所示。

圖1 1―1′剖面刷方示意圖

圖2 2―2′剖面刷方示意圖

圖3 3―3′剖面刷方示意圖

3 滑坡穩(wěn)定性分析及評價

3.1 滑坡穩(wěn)定性計算

（1）計算參數(shù)、工況

根據(jù)現(xiàn)場取樣試驗及結(jié)合當?shù)匾酝?jīng)驗，該山區(qū)滑坡為不涉水區(qū)域， 采用2 個工況下的參數(shù)取值，見表1。

表1 計算參數(shù)及工況

（2）分析計算

針對1—1′、2―2′、3―3′現(xiàn)有剖面和將要開挖的最終形態(tài)剖面，利用GEO-SLOPE 軟件算得2 種工況下滑坡體在的穩(wěn)定系數(shù)，計算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果可知，影響滑坡穩(wěn)定性最重要的外部因素是降水。 雨天工況下，邊坡剖面的穩(wěn)定性系數(shù)下降，滑坡穩(wěn)定性明顯降低。 與正常工況相比，雨天工況下的整體穩(wěn)定性降低幅度達0.22～0.25。連續(xù)的強降雨會導致滑動面形成“水路”，增大滑坡體的質(zhì)量，裂縫進一步增大變長，從而降低抗剪強度，最終導致滑坡體滑動。

3.2 基于FLAC3D 的邊坡滑坡數(shù)值模擬

土壤入滲場與應力場相互作用。 首先，過濾場的變化導致過濾液強度和滲透壓的變化，從而改變土壤所承載的外載荷，進而改變土壤中應力場的分布。 其次，應力場的變化改變了體積變形，進而改變了內(nèi)部構件的孔隙率，并改變了入滲系數(shù)，最終改變了土壤的入滲場[2]。 土壤的應力狀態(tài)是入滲場和應力相互作用和影響的結(jié)果，是一個與最終平衡相關的動態(tài)過程。 因此，入滲場和應力場的聯(lián)合分析對邊坡穩(wěn)定性具有重要意義。

（1）滑坡上復雜地質(zhì)體的3D 建模

數(shù)值滑坡建模需要先獲得各種基本的邊坡結(jié)構及數(shù)據(jù)，包括地形、等高線圖、剖面、勘測數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)或各種實驗物理力學參數(shù)范圍[3]。 基于已知數(shù)據(jù)創(chuàng)建更精確的數(shù)值模型，滿足模型可視化和模擬精度的要求，再使用FLAC3D 流固耦合模塊進行滑坡變形模擬，得到更精確的計算和模擬結(jié)果。

（2）計算結(jié)果

以剖面2―2′為例，模擬連續(xù)降雨時滑坡過程，滲流工況下的滑坡位移云圖和應力云圖如圖4、5所示。

圖4 滲流工況下的滑坡位移云圖

圖5 滲流工況下的滑坡應力云圖

3.3 滑坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)云圖可以看出，隨著不斷滲流，位移、應力主要集中在滑坡的中上部，塑性區(qū)廣泛分布于堆積的表土中，滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 一般來說，土壤飽和導致在持續(xù)強降雨條件下土壤力學性質(zhì)迅速下降。 與此同時，邊坡內(nèi)的水柱急劇上升，水壓急劇上升[4]。 在疏浚過程中，靜水壓力變?yōu)樯戏綆r石的動水壓力，滑動面或風化界面上的這部分土體應力趨于增大。 如果疏浚不及時，地面會產(chǎn)生大量的水壓，將水集中在這部分土體的前緣，直接加速該部分土體的變形和破壞。 由于大量雨水的不斷入滲，入滲場不斷與自身的應力場相互作用，降低滑坡的穩(wěn)定性。 因此，在滑坡的處理過程中，應重視因連續(xù)降雨滲流而降低土壤穩(wěn)定性的因素，縮短雨水在地表的停留時間，以提高連續(xù)降雨期間滑坡的穩(wěn)定性。 利用FLAC3D 軟件模擬連續(xù)降雨對滑坡影響的位移云圖，與之前滑坡的監(jiān)測結(jié)果相比，模擬條件基本滿足。 由于GEO-SLOPE 軟件只能計算出滑坡的穩(wěn)定系數(shù)和安全系數(shù)，因此采用流固耦合模塊FLAC3D 模擬連續(xù)降雨滲流對滑坡的影響，取得的位移、損壞位置等數(shù)據(jù)可以作為滑坡治理的參考。

4 滑坡綜合治理方案及治理效果

4.1 治理方案

根據(jù)滑坡地層性質(zhì)、成因及穩(wěn)定性分析，結(jié)合滑坡的實際情況，采用預應力錨索框架梁的治理措施，對滑坡潛在滑面的干擾更小，修正速度更快[5]。該邊坡坡度陡峭，巖石凹凸不平，如果采用防滑樁工程，施工難度大，工期長，工程造價高。 經(jīng)過比選，在綜合分析該滑坡治理工程方案的基礎上，最終采用預應力錨索框架+掛網(wǎng)錨噴+植草+截排水溝的方式進行滑坡治理。 采用刷方減重，同時第一級至第三級邊坡采用掛網(wǎng)噴射C20 小石子砼防護，第四級至第七級邊坡采用預應力錨索框架及框架間TBS植草防護，對第八級邊坡采用TBS 植被防護，如圖6、7 所示。 具體施工措施如下：

圖6 防護平面圖

圖7 2—2′斷面防護圖

（1）邊坡刷方。 第一級至第五級邊坡坡率1∶0.75～1∶1，第六級邊坡坡率1∶0.75～1∶1.25，第七級邊坡坡率1∶1～1∶1.25，第八級邊坡坡率1∶1.13～1∶1.53；每級邊坡設置寬度為2 m 的平臺。各級平臺設置平臺水溝，平臺水溝采用C20 素砼澆筑或錨噴U 型溝，平臺表面采用厚度為8 cm 的C20 素砼封面或掛網(wǎng)錨噴；（2）錨噴工程。 第一級至第三級邊坡：采用掛網(wǎng)噴射C20 小石子砼；（3）錨固工程。 第四級至第七級邊坡：共采用28 片預應力錨索框架+框架內(nèi)TBS 植草防護；（4）TBS 植被防護。 第八級邊坡：采用TBS 植草防護；（5）排水工程。 在第一級及第二級邊坡距坡腳高50 cm 處設置平孔排水，間距5 m。 按原尺寸修復邊溝，并加高溝墻回填種植土進行綠化。 每一級邊坡均設置急流槽和平臺水溝，在刷方邊界后方3 m 新建C20 截水溝。

4.2 治理效果

根據(jù)邊坡滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果，在雨天工況下坡腳處剪力較大，穩(wěn)定性較差，正常工況下各剖面基本穩(wěn)定。 對經(jīng)過處治的邊坡進行穩(wěn)定性分析評價，結(jié)果顯示1—1′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.67，2―2′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.65，3―3′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.62，滿足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)為1.35。 從計算結(jié)果可以看出，邊坡穩(wěn)定性有較大提高，治理后邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)， 可見采取的預應力錨索框架+掛網(wǎng)錨噴+植草+截排水溝的治理方案是合理可行的。 經(jīng)過兩年多的持續(xù)觀測，該滑坡體未發(fā)生崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災害，從實踐得出對該滑坡體的治理措施取得了良好效果。

5 結(jié)論

針對某山區(qū)滑坡失穩(wěn)， 研究了滑坡變形機理，分析了滑坡穩(wěn)定性， 提出了全面的滑坡治理方案。由此得到以下幾點結(jié)論：

（1）應開展邊坡滑動區(qū)基巖力學參數(shù)試驗，合理選取計算參數(shù)。 同時，應利用好力學分析軟件，為滑坡治理工程提供確切信息，奠定堅實的基礎。

（2）由于每個項目的實際地質(zhì)條件不同，建立的3D 數(shù)學模型可能存在差異， 耦合模擬得出的結(jié)論可能并不真正準確。 如有可能，應加強對處理設計和實際施工效果的審查，以提高不穩(wěn)定邊坡處理的合理性、有效性和可行性。 治理方案設計和實施應根據(jù)實際情況及時修正和改進。

（3）滑坡一般在雨季后形成，在易發(fā)生滑坡地段，應加強監(jiān)測，提前做好預報，提早組織人員疏散和財產(chǎn)轉(zhuǎn)移，做好交通改線或管制，確保行車行人及就近財產(chǎn)安全。 滑坡區(qū)域內(nèi)的水是引起滑坡體失穩(wěn)下滑的主要原因，為此，在滑坡治理工程設計計算和工程布設中要充分考慮到這一因素，并以疏排地表及地下水作為治理工程設計的重點。

（4）滑坡治理是一項復雜的工程，經(jīng)常采取多種措施相結(jié)合來實現(xiàn)對滑坡的整治，以取得較好的治理效果。 該山區(qū)滑坡治理根據(jù)實際滑坡體情況和前期參數(shù)的分析結(jié)果， 選擇預應力錨索框架+掛網(wǎng)錨噴+植草+截排水溝的治理方案，治理后滑坡體沒有發(fā)生滑移，處于穩(wěn)定狀態(tài)，可為山區(qū)滑坡治理提供借鑒。