凌　瀟， 田　華， 胡　鵬

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院， 四川 成都　610059；

2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都　610059)

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某高邊坡失穩(wěn)機(jī)制分析及加固處理

凌瀟1， 田華2， 胡鵬2

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院， 四川 成都610059；

2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都610059)

摘要：為了解四川廣元某工程的邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)制，調(diào)查了工程區(qū)的地質(zhì)條件、地層巖性、水文地質(zhì)特征，總結(jié)分析了該邊坡失穩(wěn)的原因是由于強(qiáng)降雨引起邊坡地下水水位及水壓力急劇上升，增加了邊坡的不穩(wěn)定性，并因?yàn)槭┕ら_挖切腳且未及時(shí)支護(hù)，導(dǎo)致邊坡前緣臨空，從而形成一個(gè)牽引式滑坡.再選取典型剖面對失穩(wěn)后的邊坡采用傳遞系數(shù)法、極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，結(jié)果表明邊坡處于欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定狀態(tài)，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果對邊坡采取抗滑樁、坡面格構(gòu)錨索等加固措施.

關(guān)鍵詞：邊坡；失穩(wěn)機(jī)制分析；穩(wěn)定性分析；加固處理

0工程概況

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中西部的山嶺地區(qū)也開始發(fā)展建設(shè)一些大型工程，由于地形條件的限制，在建設(shè)的過程中必然會(huì)形成許多高陡邊坡.作為本研究對象的某工程位于四川省廣元市，由于場地原因需要對山體進(jìn)行削坡處理，工程開挖后形成最高達(dá)約100 m的高邊坡.2013年5月受強(qiáng)降雨影響，該邊坡出現(xiàn)變形、滑動(dòng)跡象，發(fā)育形成滑坡，隨后勘察、設(shè)計(jì)單位對該滑坡進(jìn)行了專項(xiàng)的地質(zhì)災(zāi)害勘查、設(shè)計(jì)工作，并采用截排水和格構(gòu)錨索進(jìn)行治理.2014年進(jìn)入雨季后，受7月的強(qiáng)降雨影響，該滑坡變形再次加劇，所產(chǎn)生的滑動(dòng)解體堆積于坡腳處，堆積體方量巨大，滑坡滑動(dòng)造成坡體原有格構(gòu)、錨索、排水系統(tǒng)損毀.同時(shí)，邊坡南側(cè)和西側(cè)也出現(xiàn)不同程度的變形，坡面發(fā)育大量裂縫，形成不穩(wěn)定斜坡.因坡腳為在建的工程，破壞后果很嚴(yán)重，為了確保工程及人員的安全，需對該邊坡進(jìn)行搶險(xiǎn)加固處理.

1災(zāi)害體特征

本研究工程區(qū)在平面上整體呈一不規(guī)則的矩形，微地貌上斜坡與平臺(tái)相間呈現(xiàn)，從上到下呈重復(fù)的“陡—緩"之勢.該區(qū)受滑坡影響，形成多樣的微地貌形態(tài)，如滑坡、邊坡、自然斜坡、洼地、沖溝等.災(zāi)害區(qū)主要由已發(fā)生滑動(dòng)的區(qū)域(1區(qū))及受滑坡、邊坡開挖影響的變形區(qū)(2區(qū))組成，如圖1所示.

1區(qū)—滑坡區(qū)，2區(qū)—變形區(qū)

滑動(dòng)的區(qū)域(1區(qū))位于NE側(cè)，滑坡底寬約150 m，平均斜長約220 m，滑體厚約12 m，體積約33×104m3，滑動(dòng)方向343 °，平均坡度約15 °.滑坡平面上呈長舌狀，前緣呈弧形，中部652～675 m高程發(fā)育兩級(jí)平臺(tái)，688～694 m高程上為一滑坡洼地，長、寬約20 m，降雨后洼地內(nèi)可見積水，后緣為基巖陡壁，巖性為泥質(zhì)頁巖，巖層產(chǎn)狀5 °∠65 °，滑坡前緣、中部、后緣均發(fā)育有拉張裂縫，兩側(cè)發(fā)育剪切裂縫.滑坡上部及西側(cè)邊界發(fā)育有一沖溝，該沖溝在截水溝以上仍保留其原始溝道，其自南向北流逕，但由于截水溝未能有效截水，沖溝內(nèi)的水流進(jìn)入下部滑坡體后，重新沖刷出新的溝道.受滑坡滑動(dòng)影響，災(zāi)害區(qū)南側(cè)和西側(cè)形成變形區(qū)(2區(qū))，平面上呈一不規(guī)則的倒梯形.其中，截水溝東側(cè)變形區(qū)按地形條件分為上(696～723 m)、中(676～696 m)、下(636～676 m)3部分.上部坡向?yàn)? °、平均坡度約18 °，與滑坡相鄰位置為匯水的負(fù)地形，地表可見樹木歪斜；中部仍保留了臺(tái)階狀的人工邊坡地形(每10 m布設(shè)一級(jí)馬道)，平均坡度約31 °，但受滑坡影響，在臨近滑坡邊界位置拉裂縫發(fā)育，部分格構(gòu)架空，局部基巖裸露；下部為斜坡地帶，平均坡度約22 °，植被茂密，坡體發(fā)育少量拉張裂縫.截水溝以西，目前受人工活動(dòng)影響較小，坡向354 °，坡度約22 °，大部植被茂密，發(fā)育少量裂縫.

目前，該邊坡1區(qū)已發(fā)生整體滑坡，滑坡周界明顯，洼地、滑坡平臺(tái)等滑坡地貌特征突出.受滑坡滑動(dòng)影響，目前工程區(qū)多處出現(xiàn)變形裂縫，一、二級(jí)平臺(tái)內(nèi)，可見明顯拉裂縫，由數(shù)條平行拉裂縫組成，發(fā)育方向多與滑坡滑動(dòng)方向垂直，長度10～30 m，寬度一般0.2～0.5 m，可見深度一般0.1～0.5 m，多充填粉質(zhì)粘土、角礫等，結(jié)構(gòu)松散；在平臺(tái)周邊由于滑坡剪切作用形成多組羽狀裂隙，延伸近SN向，延伸長度約13～30 m；此外滑體前緣由于堆積體擠壓，也形成多組鼓脹裂縫，裂縫呈拉張性質(zhì)，多充填粉質(zhì)粘土、角礫充填，結(jié)構(gòu)松散.

2失穩(wěn)機(jī)制分析

2.1地層巖性

2.2地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于龍門山印支褶皺帶中的大茅山復(fù)背斜南東翼的南西側(cè)，主體構(gòu)造為一向斜，巖體層間張開度較大，是匯水區(qū)域，同時(shí)也是地下水徑流的主要通道，降雨后坡面可見地下水呈股狀流出現(xiàn)象.發(fā)育2條斷層，為非能動(dòng)斷層.節(jié)理發(fā)育，剪性節(jié)理為主，可見延伸長度普遍為數(shù)十厘米到數(shù)米不等.結(jié)構(gòu)面結(jié)合較差或一般，局部泥質(zhì)填充，根據(jù)探槽內(nèi)揭露的裂隙來看，部分成破碎帶，厚度可達(dá)5～30 cm.同時(shí)還存在少數(shù)張性節(jié)理，節(jié)理面曲折、粗糙，常有泥質(zhì)充填，傾角大小不均，延續(xù)性差、傾向散亂，僅在局部出露.

2.3水文地質(zhì)特征

該工程邊坡地下水含水介質(zhì)主要為第四系松散巖孔隙、風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙，按含水介質(zhì)特征，含水層分為第四系松散巖類孔隙含水層、風(fēng)化裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水帶.地表水主要為分布在邊坡西側(cè)的一條沖溝，位于滑坡后緣，該溝由數(shù)條近南北向展布的沖溝組成，徑流途徑較短，屬季節(jié)性沖溝.

2.4失穩(wěn)機(jī)制分析

通過對邊坡地質(zhì)條件的調(diào)查，本研究認(rèn)為邊坡失穩(wěn)主要有以下3個(gè)方面的原因.

1)由于工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，邊坡坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，且發(fā)育規(guī)模較大的裂隙密集帶，成為地下水運(yùn)動(dòng)的徑流通道和富集空間，溝通了不同含水層的聯(lián)系，使場地水文地質(zhì)條件變得復(fù)雜.

2)邊坡后緣發(fā)育一條較大的沖溝，主要接收大氣降雨的補(bǔ)給，由于邊坡截水溝的修建，截?cái)嘣紲系?，受?qiáng)降雨的影響，沖溝流量急劇增大，導(dǎo)致地表水繞滲截水溝在滑坡后緣基覆界面匯集，對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響.

3)邊坡施工過程中，在后緣堆載，開挖導(dǎo)致前緣擾動(dòng)、臨空，坡體結(jié)構(gòu)遭到破壞，應(yīng)力場重新分布，變形發(fā)育為滑坡的發(fā)生提供了條件.滑坡中下部覆蓋層較厚，勢能較大，基覆界面相對平緩，滑坡后壁較陡，前緣因開挖形成臨空面，使滑坡受到牽引而引起滑動(dòng).

綜上所述，該邊坡的失穩(wěn)機(jī)制為：由于邊坡所處地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，上覆層為松散的第四系堆積層，有著匯水的地形地貌，坡面排水系統(tǒng)不完善.在強(qiáng)降雨的影響下，邊坡內(nèi)地下水水位的急劇變化，地下水壓力迅速增加，邊坡土體重度增加，導(dǎo)致下滑力增加和抗滑力減小，為滑坡的發(fā)生提供了條件.此外，由于施工的不合理，在滑坡后緣堆載并在前緣開挖切腳，且未進(jìn)行及時(shí)的支護(hù)，使得坡腳部位出現(xiàn)應(yīng)力集中，首先出現(xiàn)剪切變形，而后迅速往邊坡上部發(fā)展，最后形成主要沿基覆界面的漸進(jìn)破壞面，從而形成了一個(gè)牽引式滑坡狀況.

3穩(wěn)定性分析與加固措施

3.1穩(wěn)定性分析評價(jià)

3.1.1定性分析.

滑坡體滑動(dòng)后堆積于前緣緩坡地帶，達(dá)到了新的平衡.經(jīng)地表監(jiān)測，目前僅有前緣局部變形，坡體上的裂縫為滑坡所致，目前尚無新增裂縫.現(xiàn)狀條件下邊坡1區(qū)(滑坡堆積體)整體基本穩(wěn)定.但在暴雨條件下，坡體現(xiàn)有裂縫有利于降雨入滲，使得土體飽和、重度增加，可能使其整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài).邊坡2區(qū)雖未整體滑移，但受滑動(dòng)牽引、擠壓發(fā)生變形，其上部因滑坡而形成較大臨空面，加之該部分屬于匯水地形，局部長期處于飽水狀態(tài)，坡體物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)較差，目前已有裂縫發(fā)育，并有繼續(xù)擴(kuò)展之勢，該部分現(xiàn)狀整體基本穩(wěn)定.若不及時(shí)治理，在暴雨等因素影響下，局部可能發(fā)生變形破壞，并具有大規(guī)?；瑒?dòng)的可能.

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，該工程區(qū)前緣將進(jìn)行大規(guī)模開挖，最終將形成臺(tái)階狀的巖質(zhì)邊坡.擬建場地的邊界在平面上呈折線性，即前緣的東、南、西3面均形成邊坡臨空面，其中南側(cè)邊坡層面緩傾坡外.因此，按照設(shè)計(jì)方案開挖后，南側(cè)將形成順傾的巖質(zhì)邊坡，在其自身巖體結(jié)構(gòu)及卸荷作用下，局部可能出現(xiàn)變形，在暴雨、地震等外部因素作用下，邊坡可能出現(xiàn)大規(guī)模變形破壞，甚至整體失穩(wěn).

3.1.2定量分析.

根據(jù)勘查報(bào)告，本工程區(qū)域穩(wěn)定性計(jì)算及不穩(wěn)定斜坡的抗剪強(qiáng)度參數(shù)主要是通過室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)合反分析、邊坡現(xiàn)狀等綜合得出，穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)詳見表1.

表1　穩(wěn)定性計(jì)算力學(xué)參數(shù)表

根據(jù)勘察報(bào)告中相關(guān)結(jié)論，本研究選擇了5條剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，分別為1-1′、2-2′、3-3′、4-4′、15-15′，具體如圖2所示.計(jì)算工況及計(jì)算安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2，穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算方法分別為傳遞系數(shù)法、極限平衡法和瑞典條分法，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果詳見表3.

綜合計(jì)算結(jié)果，對該邊坡的穩(wěn)定性可得出以下結(jié)論：

1)滑坡為土質(zhì)滑坡，現(xiàn)已發(fā)生滑動(dòng)，根據(jù)地表位移監(jiān)測，結(jié)合定性定量分析結(jié)論認(rèn)為，在現(xiàn)狀條件下，滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，而在暴雨等外部作用影響下，處于欠穩(wěn)定狀態(tài).原治理工程在滑坡發(fā)生滑動(dòng)后已全部破壞，起不到支護(hù)效果.因此，該工程區(qū)雖現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但若不采取進(jìn)一步治理措施，在暴雨等因素的影響下仍可能出現(xiàn)變形破壞.

圖2　邊坡平面示意圖

表3　穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2)變形區(qū)上部受地形影響，局部長期飽水，已出現(xiàn)裂縫等變形跡象，現(xiàn)狀條件基本穩(wěn)定，在暴雨工況下，處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，并具有大規(guī)?；瑒?dòng)的可能.中部雖仍保留邊坡的格構(gòu)錨索，但通過應(yīng)力監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該區(qū)錨索已不能起到有效的錨固作用，變形區(qū)內(nèi)現(xiàn)有治理措施不能保持邊坡穩(wěn)定，需增加新的支護(hù)措施才能保證邊坡的安全.

3)隨著工程的建設(shè)，邊坡前緣將進(jìn)行大規(guī)模開挖，形成巖質(zhì)邊坡，巖層緩傾坡外，若不及時(shí)支護(hù)，可能出現(xiàn)變形破壞.天然工況下，邊坡處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下基本穩(wěn)定，但安全儲(chǔ)備不足，地震工況處于穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，若不及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，可能出現(xiàn)變形破壞，甚至整體滑移，直接威脅下部場地安全.

3.2加固治理措施

1)清理滑坡堆積體.根據(jù)勘查所提供的滑坡滑面線結(jié)合施工方案對滑坡堆積體進(jìn)行清除，并對滑坡體按1∶1.25到1∶3.5分級(jí)放坡.

2)抗滑防治措施.針對邊坡巖質(zhì)邊坡、上部變形體及滑坡兩側(cè)陡坎，布置抗滑樁、錨索等抗滑措施.

3)坡面防護(hù)措施.坡面采用矩形格構(gòu)錨桿(索)護(hù)坡及人字形格構(gòu)錨桿護(hù)坡，格構(gòu)間設(shè)置土工格室，并培土播草綠化，馬道采用混凝土硬化.

4)地表截排水措施.邊坡后緣利用原有截水溝，馬道排水采用梯形截面的排水溝，坡面排水采用豎向跌水溝.

5)地下排水措施.坡面布置仰斜式泄水孔，進(jìn)入潛在滑面至少1 m.

4結(jié)語

在山區(qū)工程的建設(shè)與施工過程中，可能會(huì)產(chǎn)生許多高陡邊坡，為保證工程的安全，在工程建設(shè)過程中應(yīng)對工程區(qū)巖土體詳盡勘察，并對可能失穩(wěn)的坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析及機(jī)制研究后，結(jié)合研究結(jié)果采用合理有效的施工工藝，避免由于人為活動(dòng)的影響造成邊坡的失穩(wěn).本研究以一失穩(wěn)高邊坡為例，在對地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后，分析其失穩(wěn)機(jī)制，并利用傳遞系數(shù)法等傳統(tǒng)計(jì)算方法對邊坡分區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出邊坡各區(qū)域仍有可能發(fā)生變形破壞.同時(shí)，結(jié)合邊坡特征，提出了針對性的加固治理措施.現(xiàn)場監(jiān)測表明，治理后該邊坡整體處于穩(wěn)定狀體，治理效果明顯有效，對類似工程可提供一定的參考.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50843-2013建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社，2009.

[4]沈俊，張勇，王勝利，等.失穩(wěn)巖石邊坡加固處理實(shí)例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(增2)：4545-4551.

[5]劉小偉，劉高，堪文武，等.降雨對邊坡變形破壞影響的綜合分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(52)：2715-2718.

[6]吳順川，高永濤，金愛兵，等.失穩(wěn)高陡路塹邊坡樁錨加固方案分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(21)：3954-3958.

[7]鄭穎人，陳祖煜，凌天青，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2007.

Instability Mechanism Analysis and Reinforcement Treatment of Certain High Slope

LINGXiao1，TIANHua2，HUPeng2

(1.College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Nuclear Industry Southwest Survey & Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610059, China)

Abstract:In order to understand the causes of the buckling failure of a slope of a certain project in Guangyuan,Sichuan,the researchers studied the geological conditions,formation lithology,hydrogeological characteristics of the area and then analyzed and summarized the main cause of slope instability.The heavy rainfall enhanced the groundwater level and water pressure of the slope dramatically which increased the instability of the slope.Then,the excavation caused a cut foot area at the slope,which further led to a freeing surface at the front of the slope,so finally a retrogressive landslide was formed.In the end,the researchers selected typical cross sections for stability analysis of the instable slope.Based on the calculation results,the corresponding reinforcement countermeasures were taken.

Key words:slope;instability mechanism analysis;stability analysis;reinforcement treatment

中圖分類號(hào)：P642.22；TU432

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：凌瀟(1991 — )， 男， 碩士研究生， 從事巖土工程研究.

收稿日期：2016-01-12.

文章編號(hào)：1004-5422(2016)01-0095-04