滑坡預(yù)防措施及剩余下滑力影響因素研究

石 晗 （中鐵大橋局集團有限公司，湖北 武漢 430000）

1 引言

滑坡是坡地的土體或巖體由于重力、水和人為等因素超越極限平衡狀態(tài)沿著一定的斜坡面發(fā)生整體滑動的現(xiàn)象，在空間上可分為牽引段、主滑段和抗滑段三段，在時間發(fā)育上可分為弱變形階段、強變形階段、滑動階段和?；A段。

中國疆域遼闊，地形地貌復(fù)雜多樣，大面積區(qū)域地質(zhì)特殊，是滑坡災(zāi)害多發(fā)的國家之一。我國滑坡主要發(fā)生在三大地勢階梯的過渡段，以西南、西北地區(qū)最多，其次分布在中南及東南地區(qū)，云貴川等地滑坡規(guī)模大、類型多，頻次高，危害大，中部省份滑坡以堆積層為主，范圍不大，而東北地區(qū)的滑坡通常與凍土消融相關(guān)，為規(guī)模較小的凍融堆積層滑坡、崩塌。

滑坡對自然和人文環(huán)境均有較大影響，可對人類生產(chǎn)、生活造成重大損失。大型滑坡體沿坡向下運動的巨大沖擊會導(dǎo)致山谷地貌、林場或水域破壞，可能形成的堰塞湖會對下游產(chǎn)生洪水威脅。人類建筑物、道路管線等在滑坡影響下會遭受局部或完全破壞，甚至引發(fā)傷亡事故。

對危險山體采取預(yù)防措施進行治理，能降低滑坡可能性或減少其危害性，對保障自然環(huán)境和人民財產(chǎn)安全具有重大意義，同時，選取經(jīng)濟合理的預(yù)防措施，通過低投入達到最佳的防治效果具有較強的現(xiàn)實意義。

2 滑坡預(yù)防措施

滑坡防治的目的是為了確保斜坡具有足夠的穩(wěn)定性，滿足極限平衡條件，避免斜坡發(fā)生危害性變形與破壞?；路乐问且粋€系統(tǒng)性工程，包括預(yù)防滑坡發(fā)生和治理已發(fā)生滑坡兩大領(lǐng)域。通常，預(yù)防是針對尚未嚴重變形與破壞的斜坡，或者對可能發(fā)生滑坡的山體進行處理；治理是針對已經(jīng)嚴重變形與破壞或已經(jīng)發(fā)生滑坡的斜坡。因此，既要加強地質(zhì)環(huán)境的保護和治理，預(yù)防滑坡的發(fā)生，也要加強研究勘察，妥善治理已發(fā)生的滑坡，使其不再發(fā)生二次滑塌或次生災(zāi)害。由此可見，預(yù)防與治理是有序結(jié)合的。同時，滑坡防治應(yīng)采取工程、生物放置、宣傳教育、經(jīng)濟、政法措施等綜合防治，方能取得最佳防治效果。

滑坡治理應(yīng)當考慮地質(zhì)環(huán)境、自然條件、破壞因素、可能造成的人員經(jīng)濟損失等因素，并采取以下措施進行預(yù)防。

①排水。根據(jù)不同地質(zhì)條件，采取相應(yīng)措施，將水排放到滑坡體外，防止水對滑坡體和滑面造成侵蝕軟化。主要分為表面排水和地下排水兩種類型，表面排水：設(shè)置平行于滑坡走向的有截水溝和沿著滑坡傾向的有排水溝；地下排水：淺表排水有平孔排水，深部排水中效率最好的是排水隧洞，與此相連接的立體排水結(jié)構(gòu)物有集水孔、集水井。主動排水方式有虹吸排水、抽水，必要時可設(shè)置地下水平、縱向排水盲溝、廊道、斜孔等。

滑坡體的巖性松軟破碎，一般為黃土、沙礫、碎石等，其中有些是殘留在坡上的坡積物，也有些是洪水帶來的洪積物。發(fā)生滑坡現(xiàn)象的因素除地形坡度較陡及巖性松軟破碎外，最重要的因素是地下水的活動。由于地下水的滲透作用，在淺部土層或碎石堆積物與較堅硬的不透水巖體的接觸面上形成了一定的水位，水不斷地向外排泄，形成了一個凹曲面。在地下水長期滲透作用下，當土體因含水量過多導(dǎo)致重量增加失去平衡，同時由于水使接觸面摩擦力減小，導(dǎo)致巖石土堆積物沿斜坡滑落而形成滑坡，因此，排水對于滑坡防治具有較大的現(xiàn)實意義。

②減載。刷方減載應(yīng)在滑坡的主滑段實施。

③反壓。反壓填方應(yīng)設(shè)置在滑坡前緣抗滑段區(qū)域，可采用土石回填或加筋土反壓以提高滑坡的穩(wěn)定性；同時應(yīng)加強反壓區(qū)地下水引排。

根據(jù)滑坡穩(wěn)定性、滑坡推力和巖土性狀等因素，還可以采用支檔、注漿（不應(yīng)堵塞地下水排泄通道）、植被綠化等措施進行防治。

3 滑坡剩余下滑力計算

滑坡穩(wěn)定性判別方法包括圓弧滑動法、平面滑動法和折線滑動法。其中，整體圓弧滑動法（綜合粘聚力法）適用于土質(zhì)均一，滑帶飽水難以排出（特別是以黏性土為主所組成的滑動帶）的情況。平面滑動法可考慮坡面附加荷載、地震力、裂隙水壓力、錨桿錨索等綜合因素，以分析整塊滑體穩(wěn)定情況。

本文以折線滑動顯示解法計算各類防治措施對滑坡剩余下滑力大小的影響，其特點在于對滑坡化整為多，引入安全系數(shù)對下滑力適當增大，逐級代算，同時可考慮水壓力作用等因素，計算更為合理精準，在各大領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3.1 計算原理

3.1.1 一般情況

式中：Ei為第i條塊剩余下滑力（kN/m）；Ei-1為第i-1 條塊剩余下滑力（kN/m）；K為安全系數(shù)；Wi為第i 條塊重量（kN/m）；αi為第i 條塊滑面傾角（度）；αi-1為第i-1條塊滑面傾角（度）；φi為第i條塊滑面摩擦角（度）；ci為第i條塊滑面粘聚力（kPa）；lii為第i條塊滑面的長度（m）；

E1、E2、E3、E4分別為滑塊下滑力、上一滑塊體傳遞的力、滑塊抗滑力、滑面粘聚抗滑力（kN），見下式：

3.1.2 特殊情況

剩余下滑力計算時，沒有考慮滑體附加荷載、地震作用、裂隙水壓力以及錨桿錨索等作用。動水壓力作用對剩余下滑力影響，增加動水壓力作用荷載，表達式如下：

式中：K1為安全系數(shù)；Di為第i 條塊動水壓力產(chǎn)生的下滑力（kN/m）；Si為第i條塊動水壓力產(chǎn)生的浮托力（kN/m）；γw為水重度（kN/m3）；Ωi為第i條塊飽水面積（m2）；ni為第i條塊孔隙度。

3.2 模型計算

采用理正巖土軟件，設(shè)置計算模型數(shù)據(jù)如下。

3.2.1 計算簡圖

圖1 計算簡圖

3.2.2 計算參數(shù)

控制參數(shù)：滑坍邊坡縱向長度=500.000（m）。

滑體基本參數(shù)見表1。

表1 滑體基本參數(shù)表

反壓碼信息見表2。采用反壓碼時，其可看做滑體的一部分，畫面傾角較小甚至為負，能減少滑坡推力，計算方法與上部滑塊相同。

表2 反壓碼信息表

圖2 分塊計算圖

圖3 自然滑坡（不排水+不反壓+不刷方）

圖4 工況1（排水+不反壓+不刷方）

圖5 工況2（不排水+反壓+不刷方）

圖6 工況3（不排水+不反壓+刷方減載）

圖7 工況4（排水+反壓+刷方減載）

上部刷方減載信息：刷方減載的造價=20.000（元/方）。

排水時按不考慮動水壓力及浮托力計算，截水溝等上部排水措施綜合單價按300元/m計算。

3.3 計算結(jié)果

對比表3中的數(shù)據(jù)可知：

表3 各防治措施對滑坡剩余下滑力的影響

①采取加碼反壓措施對減少滑坡剩余下滑力效果最好，剩余下滑力減少32.45%，但其工程造價達54 萬，且需要坡底有充分的空間才能實施，同步考慮坡底泄水、壓實等各種因素，費效比為0.176，綜合效果一般；

②采取截排水措施，滑坡剩余下滑力可減少29.09%，與反壓效果接近，其工程造價僅15 萬元，實施簡單，費效比最低，綜合效益最佳；

③上部刷方減載效果一般，滑坡推力降低14.44%，工程造價約30 萬元，相對較高，費效比0.209，綜合效益最差；

④三種措施同時采用時，滑坡剩余下滑力可降低75%以上，但工程總成本接近100 萬元，費效比居中，整體效果不佳。

同時，地下水是誘發(fā)邊坡滑坡的重要外部因素，也是改變巖土體力學性質(zhì)的關(guān)鍵原因。填充物在結(jié)構(gòu)面上的強度會因地下水的作用而降低甚至喪失，巖土體的自重會因地下水的作用而急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，地下水誘發(fā)的邊坡滑坡是世界上分布最廣、發(fā)生最頻繁的邊坡滑坡，是各類邊坡滑坡中對人類危害最大的。

地下水對邊坡滑坡的影響主要表現(xiàn)在物理作用、化學作用和機械作用三個方面。

物理作用主要是潤滑、軟化、黏液和強化結(jié)合水，地下水與巖體之間的化學相互作用主要是離子交換、溶解、水化、水解、淋溶和氧化還原。機械作用表現(xiàn)在地下水通過孔隙靜水壓力和孔隙動壓力的作用影響巖土體的力學性質(zhì)。

根據(jù)計算結(jié)果可知，在設(shè)定模型下，安全系數(shù)K= 1，采用顯示算法計算，即增大下滑力，抗滑力不變，在同時采取3種抗滑措施的情況下，最終滑坡剩余下滑力E= 230.496KN＞0，即滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，仍需另采取措施抵消下滑力，比如設(shè)置抗滑樁將力傳導(dǎo)至下部穩(wěn)定巖土層，增加穩(wěn)定性。排水、減載和反壓措施均可減少滑坡剩余下滑力，可降低抗滑樁設(shè)置條件，減少抗滑樁的工程造價，這對滑坡治理設(shè)計是有利的。

值得思考的是本文采用傳遞系數(shù)顯示解法，在傳遞系數(shù)ψi-1= cos(αi-1-αi)- sin(αi-1-αi)tanφi/Fs的計算中，做了一個簡化假設(shè)：將傳遞系數(shù)中的安全系數(shù)Fs假定為1，在一定程度上增加了計算誤差。而傳遞系數(shù)隱式解法Fs＞1，傳遞系數(shù)增大，且將抗滑力R適當降低，增加了計算精度，但計算量和計算難度顯著增大，不太適宜手算。由于計算機的普及，相應(yīng)規(guī)范均進行了修訂，改用隱式解法，邊坡穩(wěn)定分析和治理成本控制有進一步探索的空間。

4 結(jié)束語

滑坡預(yù)防主要措施包括排水、減載、反壓等，其中反壓和排水對減少滑坡剩余下滑力作用最為明顯，排水措施極其重要且工程造價相對較低，為自然滑坡防治的首選，其包括地表排水（截、排水溝等）以及地下水排泄（集水井、泄水孔等）。在必須設(shè)置抗滑樁的情況下，采取上述三種措施可大幅降低滑坡剩余下滑力，減少抗滑樁工程成本。