滑坡灾害的综合治理研究及稳定性分析

时间：2024-07-28

(中铁二局第三工程有限公司，四川成都 610031)

0 引言

在山区公路建设中，滑坡是一种常见的地质灾害，其威胁着公路工程的安全运输，并危及人民的生命及财产安全。边坡失稳破坏是一个复杂的地质运动过程，其破坏模式多样，因此，深入探讨边坡的稳定性及滑坡机理，研究治理方案，具有重要的工程实践意义。

原位试验及模型试验常用来研究滑坡的发生机理及加固效果评价。沈强等[1]通过对边坡抗滑桩加固效果监测分析，认为抗滑桩由于长度原因只对边坡浅层滑动起加固作用，对深层滑动加固效果不理想。黄润秋[2]收集中国典型大型滑坡灾害实例，分析了不同滑坡的诱发机制及触发因素。杜鹃等[3]以三峡库区白水河滑坡为例，建立滑坡位移动态变化与诱因变化的相应关系。罗勇等[4]采用深部位移测试手段和BOTDA全分布式光纤传感测试技术，研究了h型抗滑桩在滑坡治理中的变形规律和内力分布特性。郑桐等[5]基于悬臂抗滑桩治理堆积型滑坡的静动力离心模型试验，分析了被治理滑坡的地震响应特征。

数值分析及理论研究也是探索滑坡发生机制和治理措施的重要手段。丁秀美等[6]应用有限差分软件 FLAC3D建立锚索框架加固边坡的三维地质力学模型，对抑制结构作用下的附加应力分布规律进行了初步探索。郭震山等[7]采用 FLAC3D软件对典型抗滑桩加固边坡算例进行建模分析，认为边坡安全系数随降雨历时、降雨强度的增加而减小。冯树仁等[8]通过理论分析，提出了一种评价边坡稳定性的三维极限平衡方法。张均锋等[9]将二维Janbu条分法进行拓展，进一步分析了各条块独立的稳定性系数及各条块的潜在滑动方向。覃小华等[10]建立了考虑基岩型层状边坡坡长及饱和带渗流的降雨入渗与稳定性分析模型，得到边坡安全系数的解析表达式。

本文以孔家寨滑坡实例为背景，分析了诱发滑坡的降雨因素及人为因素，研究了滑坡产生机制并给出了相应的治理方案，最后对滑坡变形进行监测分析，给出了滑坡治理效果稳定性评价。

1 工程概况

本工程为普安县城至县城东区旅游快速通道工程，项目区地处贵州高原西南部山区斜坡地带，乌蒙山脉莲花山的南部，场区属侵蚀中山地貌。孔家寨滑坡位于黔西南州普安县地瓜镇境内，高程在1436～1477 m范围，最大高差41 m，滑体长 131 m，宽 280 m，滑动方量约 35万 m3，如图 1所示。2017年 9月初，2K4+575～2K4+677右侧边坡在开挖第2级边坡至平台后（开挖高度6～8 m），边坡表层出现局部开裂滑塌，至2017年10月中旬，裂缝向上不断发展，最远处距路基中线约150 m，缝宽约5 cm，造成多处居民房屋开裂；1YK4+400～1YK4+574.6右侧边坡在2017年10月开挖至约第一级边坡平台位置至12月上旬，坡面未见开裂、局部滑塌迹象，在2018年1月该段边坡上部约120 m处坡体开裂，缝宽3～5 cm，逐步发展扩大并与2K4+575～2K4+677右侧边坡开裂裂缝连通，连通裂缝走向基本与滑坡滑动方向垂直，主要分布于滑坡的后部。

据地质勘查，覆盖层为残坡积粉质黏土，厚约9～13.5 m，下伏基岩为二叠系上统龙潭组（P2l）强风化泥岩，层厚约9～13 m，坡体地表、地下水丰富，受岩性及地下水活动影响，节理裂隙发育，呈近土状，如图1（b）。

3 滑坡监测分析及治理效果评价

滑坡最明显的特征为滑动，须对滑体进行侧向位移及地表沉降监测，主要目的是掌握滑坡位移变化态势，分析滑坡治理变形是否收敛及加固效果稳定性评价。本滑坡共布置2处测斜管，滑坡中部C-1处（14 m）及坡脚C-2处（5 m），如图1（b）所示，此外，还利用GPS法对C-1处地表沉降进行监测。

图1 孔家寨滑坡

3.1 滑坡监测分析

图2为C-1处不同时间段深层侧向位移随孔深变化的监测结果，可以发现，侧向位移最大值发生于地表处，如2018年3月27日，滑坡最大位移达85.5 mm；随孔深的增加位移逐渐减小，如2017年11月27日，侧向位移由2 m深度处的29.0 mm减小为8 m深度处的14.1 m。随时间的增加，各孔深处位移差距明显，时空演化特征越显著。还能看出，在孔深12 m以下侧向位移基本为零，该深度与滑坡带位置对应。

图2 C-1处深层侧向位移监测

图 3为特定孔深处侧向位移随时间变化的曲线图，将该图划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三阶段。2017年9月8日，受坡脚开挖施工影响，侧向位移逐渐增加，由于及时对坡脚反压黏土，位移增幅较小。2017年10月18日，受降雨影响，曲线斜率陡增，表明位移增速加快，在第Ⅱ阶段连续两次的降雨过程中，孔深0.5 m处的侧向位移由7.1 mm迅速增加为71.6 mm。因此，大气降雨是滑坡产生的主要自然动力因素。

朱立东男，1968年生于四川邻水.现为电子科技大学教授、博士生导师.主要研究方向为卫星通信信号处理、信道建模与仿真、资源管理等.

图3 C-1不同层深位移-时间曲线

边坡降雨入渗是一个复杂的非饱和渗流过程，对边坡稳定性有重要影响，有“十滑九水”之说。据普安县气象站（1973～2013年）资料统计，贵州年平均降水量1395.3 mm，平均降雨日数为227天，年内降雨分配不均。边坡开挖经一定时间暴露后，受降雨影响，大量雨水沿土体孔隙下渗，雨水入侵降低了土体C，φ值，使得边坡岩土体抗剪强度不断降低，而边坡失稳即为土体剪切破坏导致的失稳。同时，滑体中的地下水对土体作用是一个动态的过程，前期，地下水主要受降雨入渗补给的影响，以垂向运移为主，随着降雨过程的持续，滑坡体中地下水流向与滑动面倾向基本一致，尤其是在滑体底部出现潜水流，此时的地下水流动对滑坡稳定性最为不利。一方面，降雨入渗致使岩土体抗剪强度降低，另一方面，滑坡体中水流的渗透力加大了边坡的下滑力，使坡体沿强度低的土岩界面及部分强风化泥岩层产生滑动变形，如图1（b），判定滑坡类型为顺层滑坡。

边坡宜自上而下开挖，做到边开挖边防护，严禁开挖边坡长时间暴露，造成滑坡灾害。本工程中，为引入施工便道（如图1），首先开挖坡脚，且在开挖过程中，未采取有效的坡面防护措施及截排水措施，造成坡体失去下部支撑，抗滑力减小，前缘滑动牵引力向后缘传递，导致裂缝不断向上发展，为典型的牵引式滑坡。

3.2 治理方案

传统的滑坡治理方法有排水、抗滑挡土墙、削坡减载、反压坡脚等，该类方法适用于浅层滑坡加固，而对下滑力较大的中深层滑坡，往往不能根治。

60年代中期，抗滑桩逐步取代了抗滑挡土墙，被应用于中深层滑坡治理中。抗滑桩和岩土体共同构成一个有机的受力体系，在该体系中，桩体被动地承担上部滑体传来的下滑力，其在水平荷载作用下由桩顶沿桩身逐渐产生变形，桩周土塑性区也由表层土向下发展，达到一定的深度后，桩身变形将很小，其利用滑坡面以下稳定土体提供支反力，当滑动面确定且下覆岩层强度较高时，抗滑桩加固滑坡更能发挥优越性。当达到加固效果时，抗滑桩的受力及变形就与被加固土体一道共同处于一个相对稳定的平衡状态。

80年代以来，预应力锚索较为广泛地应用于滑坡治理工程中，其多适用于岩石边坡及土体黏聚力较大边坡的加固，对于土体较松散、黏聚力较小、有明显蠕变的边坡，预应力损失较大，不宜采用。

边坡岩体是由特定结构形式的不连续岩体组成，滑体上的变形总是不均匀的，因此，滑体整体变形总包含着转动、开裂等局部的不连续变形。在抗滑桩设计中，应注意边坡深层滑动面（第二滑动面）的形成，防止抗滑桩加固失败。

针对本工程滑坡，采取如下滑坡防治加固措施：

①减滑工程措施

2级坡均按1:1.5放缓，削减主滑地段上部土体反压到抗滑地段的坡脚处（如图1），以形成下部支撑，但应防止填土堵死原有地下出水口。同时，采取“上截下排”的措施，在距滑坡边界5 m外的四周修筑环形截水沟，以防止滑坡顶面的地表水流入滑体，并在每级边坡均设置直径100 cm、长9 m、间距6 m的仰斜泄水孔，以引导水流排出滑坡体。为防止地表水下渗，平整夯实滑坡体表面的积水坑，并分层填筑黏土封堵裂缝。

②抗滑支挡工程措施

第1级边坡采用预应力锚索桩组合防护形式，桩长19 m，截面尺寸2×3 m，桩心距6 m，在桩顶部增加两排预应力锚索，锚固段10 m。锚索的引入，便于机械化施工，由于不开挖坡体，产生的损伤小，施加的预拉力大，变被动受力为主动防护，改变了抗滑桩桩顶的约束状态，使其上部悬臂受力变为桩顶铰接的超静定梁结构，减少了抗滑桩埋置深度及截面尺寸，并使桩身位移呈现出两头小，中间大的分布形式。预应力锚索桩与普通抗滑桩相比，增加了防护面积，节省投资约40%。第2级边坡设预应力锚索板（10.5×16 m）。

③优化施工工序

先开挖第2级边坡，待其坡面防护结构施工完成后方可进行第1级边坡的开挖。抗滑桩虽作为一种边坡防护结构，但应充分考虑施工过程中挖孔对边坡稳定性的不利影响，因此，先施工预应力锚索板，再施工抗滑桩。

3.3 治理效果评价

图 4为坡脚地表位移监测结果，可以看出，滑坡过程中，坡脚处土体以侧向位移为主，如2018年3月27日，地表侧向位移为130 mm，而沉降仅11.3 mm。第Ⅱ阶段进行锚索板施工，进入第Ⅲ阶段施工完成，侧向位移增幅明显降低，如2018年1月26日位移从119 mm增加为2018年3月27日的128.3 mm，仅增加了9.3 mm，图3中的第Ⅲ阶段亦是如此，表明锚索板已逐渐发挥边坡防护作用，滑坡灾害得到了有效遏制。

图4 坡脚C-2处地表位移监测