李光明，徐世光，2，王彥軍，屠水云

（1.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093；3.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650102）

強(qiáng)降雨作用下填土滑坡的失穩(wěn)機(jī)理及加固處理措施研究

李光明1，徐世光1，2，王彥軍3，屠水云3

（1.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093；3.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650102）

云南陽(yáng)宗海西側(cè)某職業(yè)學(xué)院填土邊坡去年雨季發(fā)生滑坡，強(qiáng)降雨入滲導(dǎo)致的地下水滲流與土層軟化作用構(gòu)成了滑動(dòng)的主要促發(fā)因素。變形分析和穩(wěn)定性計(jì)算揭示滑動(dòng)面主要形成于填土與殘坡積層分界面。運(yùn)用基于有限差分原理的Flac3D軟件來(lái)對(duì)該滑坡體進(jìn)行分析，研究房屋加載與無(wú)加載時(shí)邊坡的應(yīng)力及位移場(chǎng)分布對(duì)滑坡的影響。應(yīng)急處置按照“應(yīng)急工程先行，防止惡化；永久治理，不留后患”的滑坡防治原則，采用旋挖樁預(yù)加固穩(wěn)坡、抗滑樁與排水等綜合治理措施，取得良好效果。

填土滑坡；地下水滲流；土體軟化；旋挖樁；抗滑樁

1 研究背景

云南地處云貴高原，山地和丘陵占總國(guó)土面積的94%，可用建設(shè)用地非常緊缺，隨著云南經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是近年城鎮(zhèn)上山政策的推行，人類工程活動(dòng)中挖填方規(guī)模越來(lái)越大，有的開(kāi)挖高度達(dá)數(shù)十米。因填土處置、施工方法不當(dāng)而造成的高填方邊坡失穩(wěn)事故頻發(fā)，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)巨大損失，為此對(duì)填土邊坡的失穩(wěn)坡壞機(jī)理與治理方法的研究就顯得十分重要。

填土邊坡是人類工程活動(dòng)中形成的一種人工邊坡，它的基本特點(diǎn)是，因填筑材料復(fù)雜多樣，很難保證其壓實(shí)質(zhì)量；填土邊坡的巖土體一般處于欠固結(jié)狀態(tài)，后期的沉降與變形不可忽視等［1-6］。

大量的工程實(shí)踐表明，降雨是影響邊坡穩(wěn)定性，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的一個(gè)主要的環(huán)境因素。降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，當(dāng)邊坡地下水位埋深較淺時(shí)，降雨入滲使邊坡的地下水位抬升；另一方面，降雨入滲使邊坡巖土體的飽和度增加，基質(zhì)吸力減小，同時(shí)巖土體浸水軟化，其物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生改變。特別是對(duì)于這類填土邊坡，當(dāng)填筑土體的壓實(shí)度不高時(shí)，土體的滲透性通常都較好，當(dāng)遭遇強(qiáng)暴雨時(shí)，大量雨水滲入地下抬高地下水位，從而使邊坡的穩(wěn)定性迅速降低［7-8］。

本文以云南陽(yáng)宗海西側(cè)某職業(yè)學(xué)院填土滑坡為例，以該邊坡的工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，從其變形失穩(wěn)機(jī)理、穩(wěn)定分析、加固處理措施及其加固效果評(píng)價(jià)等多方面對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，對(duì)于相同或類似工程具有重要的借鑒意義。

2 滑坡體特征分析

2.1 滑坡形態(tài)特征 該填土滑坡體位于云南某職業(yè)學(xué)院陽(yáng)宗海校區(qū)北東側(cè)斜坡體上，地形坡度上部較緩，基本削填為平臺(tái)狀，下部較陡約30°，坡面植被不發(fā)育。該區(qū)域?yàn)樵缙跊_溝源頭地段，因工程建設(shè)的需要對(duì)沖溝進(jìn)行回填整平，結(jié)合支擋工程后形成現(xiàn)狀西東向三級(jí)臺(tái)地的地形特征，在其南側(cè)滑坡前緣臨空面高2～13m。邊坡主滑方向約80°～200°，扇形分布，前緣一帶高程為1 924 m，后緣高程為1 945m，相對(duì)高差約20m。邊坡周界清晰，在斜坡地帶呈不規(guī)則“扇形”分布，主要沿歷史沖溝溝心方向滑動(dòng)。

該滑坡體平面寬約90m，軸向長(zhǎng)約50m，平面面積約為4 500m2，平均厚度約10m，總體積約為1.1×104m3，屬小型中層推移式填土滑坡?；碌幕瑒?dòng)面（帶）為填土與原始坡面接觸帶，局部發(fā)育于殘坡積底界面（帶）。詳見(jiàn)圖1。

圖1 滑坡體工程地質(zhì)平面圖

滑坡體的地層巖性在豎直方向由上至下可分為：第四系人工素填土層、第四系殘坡積含角礫粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）、古生界寒武系系龍王廟組（∈1L）：全-中等粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r層?；聟^(qū)巖層產(chǎn)狀、節(jié)理與邊坡組合總體為順向坡，巖層產(chǎn)狀傾角大于邊坡坡度，對(duì)邊坡穩(wěn)定有利；出現(xiàn)深層基巖滑坡可能性小。滑坡體典型地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 滑坡區(qū)典型工程地質(zhì)剖面圖

2.2 滑坡體變形破壞特征 在該滑坡體中部陡坡地帶，目前自西向東建設(shè)有2#學(xué)生公寓、1#公寓及食堂等建筑物，設(shè)計(jì)均采用柱下人工挖孔樁基礎(chǔ)工程（見(jiàn)圖2），基礎(chǔ)樁長(zhǎng)9～20 m不等，樁徑0.8～1.0m，樁基礎(chǔ)均埋入全、強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中風(fēng)化灰?guī)r地層中。2012年12月以來(lái)該區(qū)域不斷出現(xiàn)變形跡象，建（構(gòu)）筑物及混凝土地坪出現(xiàn)開(kāi)裂變形，并伴有水平滑移跡象，直接威脅1 000余學(xué)生生命安全，以及1#、2#學(xué)生公寓與學(xué)生食堂等建筑物安全。

滑坡地表變形跡象主要：有混凝土地面的拉裂、臺(tái)階的拉裂傾斜；公寓的傾斜、錯(cuò)位與沉降彎曲變形；擋土墻的錯(cuò)裂與鼓張；支撐樁的傾斜與局部錯(cuò)裂；排水溝局部隆起開(kāi)裂等。共發(fā)現(xiàn)地面變形裂縫82處，典型裂縫位置見(jiàn)圖1，滑坡典型裂縫特征見(jiàn)表1。

表1 滑坡地面典型變形裂縫統(tǒng)計(jì)表

3 滑坡成因分析

3.1 滑坡變形破壞機(jī)理分析 滑坡的形成主要有以下3方面的因素：

（1）地形因素：滑坡發(fā)育地段位于山脊斜坡區(qū)沖溝溝源地帶，沖溝溯源侵蝕強(qiáng)烈，溝壁失穩(wěn)，坍塌嚴(yán)重。

（2）水的作用：填土中存在大量孔隙，為透水層，每年雨季大量降雨通過(guò)填土孔隙入滲，轉(zhuǎn)化為地下水，由于下伏殘坡積層為相對(duì)隔水層，地下水便聚集在填土與殘坡積粉質(zhì)黏土分界面附近，沿填土底面向沖溝方向滲流，但在實(shí)地調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)滑坡體前緣及坡面有地下水滲出，說(shuō)明地下水排水不暢，這就造成地下水長(zhǎng)期作用在填土與原地表面之間，長(zhǎng)期浸泡、軟化土體，降低了土體抗剪強(qiáng)度［2］，經(jīng)對(duì)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比得知，其c、f值分別降低了22.2%和29%，從而形成軟弱面（在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在分界面附近填土處于飽和、軟塑—流塑狀態(tài)），由于原始地形向東南傾斜，存在一定臨空面，因此填土在自重及局部上部加載作用下向東南（沖溝）方向產(chǎn)生了推移式滑移。

（3）人為因素：原有高速公路棄土雜亂堆積于沖溝源頭，學(xué)院建設(shè)場(chǎng)地平整時(shí)，在未對(duì)原有填土進(jìn)行任何處置的情況下，又進(jìn)行了二次填土，同樣也未進(jìn)行分層碾壓、夯實(shí)，也未采取排水措施，倉(cāng)促在其上部進(jìn)行建設(shè)、加載。導(dǎo)致填土結(jié)構(gòu)松散、飽和，引發(fā)填土邊坡失穩(wěn)及地基不均勻沉降、變形。

3.2 滑坡體穩(wěn)定性分析

3.2.1 計(jì)算剖面與穩(wěn)定分析參數(shù) 根據(jù)滑坡體的地質(zhì)條件及已有的變形破壞跡象，可以判斷該滑坡體的滑移模式為沿土石界面及填土界面整體滑移破壞。本文選取沿主滑方向的6個(gè)斷面作為穩(wěn)定分析的典型計(jì)算剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析（各計(jì)算斷面的平面位置見(jiàn)圖4），其中5-5地質(zhì)剖面圖如圖3所示，表3為穩(wěn)定分析計(jì)算采用的滑坡體各土層的物理力學(xué)參數(shù)表。

3.2.2 滑坡體穩(wěn)定分析成果 邊坡抗滑穩(wěn)定性計(jì)算采用剛體極限平衡法，滑面縱向上均呈折線形，選取折線形滑面計(jì)算公式進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算［9-10］。

滑坡推力計(jì)算安全系數(shù)Fst，均以1取值。工程荷重Qi′（kN/m），滑坡區(qū)上部分布有公寓、食堂等建構(gòu)筑物，宿舍按15 kN/m考慮，共計(jì)90 kN/m的上部均布荷載；食堂按15 kN/m考慮，共計(jì)45 kN/m的上部均布荷載；本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，水平地震影響系數(shù)a取0.085。

計(jì)算工況包括天然狀況、考慮降雨與考慮地震作用。表4列出了各計(jì)算剖面不同工況條件下的穩(wěn)定分析成果，從計(jì)算結(jié)果可以看出，天然條件下各計(jì)算剖面的安全系數(shù)在0.9～1.05之間，處于臨界狀態(tài)，當(dāng)考慮降雨影響時(shí)，其安全系數(shù)小于1.0。計(jì)算結(jié)果與滑坡體目前的穩(wěn)定狀況是相符的。

圖3 滑坡穩(wěn)定性典型計(jì)算斷面圖

表2 滑坡整體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

表3 滑移穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.3 滑坡體應(yīng)力變形分析 本文采用巖土工程數(shù)值分析軟件Flac3D對(duì)該滑坡體進(jìn)行應(yīng)力變形分析，研究在有房屋加載與無(wú)房屋加載時(shí)邊坡的塑性區(qū)及位移場(chǎng)分布，從而得到建筑物加載對(duì)于滑坡的影響。

圖4 位移場(chǎng)分布圖

圖5 塑性區(qū)分布圖

由圖4、圖5可得知滑體的位移主要集中在滑坡的填土層，滑坡體發(fā)生剪切塑性破壞的區(qū)域在滑坡體的填土界面上，綜合可得滑坡體的潛在滑動(dòng)面極有可能就是填土界面。

4 滑坡體加固處理措施及加固效果評(píng)價(jià)

4.1 已有加固工程失效原因分析

4.1.1 已有加固工程 業(yè)主前期已實(shí)施樁板墻及擋土墻工程。樁板墻工程共12棵支撐樁，據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，部分支撐樁頂已向外側(cè)偏移約5 cm，樁身外側(cè)產(chǎn)生混凝土爆裂變形，鋼筋裸露、折斷；深孔位移監(jiān)測(cè)資料也表明支撐樁地帶有深部位移現(xiàn)象，說(shuō)明支撐樁的穩(wěn)固效果欠佳，甚至已經(jīng)失效。擋土墻工程共有兩段：均為混凝土懸臂式擋土墻，墻頂厚25 cm，墻底厚55 cm，基礎(chǔ)埋深約100 cm?，F(xiàn)狀墻身出現(xiàn)鼓脹裂縫，特別是靠近支撐樁地段，縫寬約3 cm。此外還進(jìn)行了灌漿及錨索試驗(yàn)均未見(jiàn)成效。

4.1.2 治理工程失效原因分析 據(jù)勘察結(jié)果填土厚度最大達(dá)14.2m，已有治理工程中支撐樁長(zhǎng)僅11～18.2m。本次設(shè)計(jì)對(duì)原有支撐樁樁長(zhǎng)、配筋進(jìn)行反算，結(jié)果表明：原設(shè)計(jì)嵌固段普遍偏短，導(dǎo)致樁體抗滑、抗傾能力不足；部分樁型設(shè)計(jì)樁徑偏小，配筋也不能滿足樁身受力要求；而擋土墻基礎(chǔ)埋深僅1m，埋設(shè)于填土之中，不能起到抗滑作用。

同時(shí)前期工程中未設(shè)置地下水排水措施，也是已有加固工程失效的重要原因。

4.2 本次滑坡加固處理措施 對(duì)該滑坡體主要采用抗滑樁進(jìn)行加固處理。由于坡體已持續(xù)變形破壞，挖樁過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)極高，且抗滑樁施工工期較長(zhǎng)，對(duì)坡體現(xiàn)狀情況極為不利，須對(duì)坡體實(shí)施應(yīng)急穩(wěn)坡措施，故在抗滑樁前設(shè)置一排旋挖樁作為預(yù)加固措施，為抗滑樁工程實(shí)施提供時(shí)間與安全保證；并在旋挖樁樁頂設(shè)置冠梁，在抗滑樁與旋挖樁之間設(shè)置連梁，以期能進(jìn)一步控制抗滑樁樁頂位移并充分發(fā)揮旋挖樁的抗滑功效，由于形成了雙排樁結(jié)構(gòu)，其可承擔(dān)比設(shè)計(jì)更大的滑坡推力［8］。因此，本滑坡總體治理方案為：抗滑樁+旋挖樁+堆填反壓+坡面整理+排水工程。治理工程平面布置見(jiàn)圖6，布置剖面圖見(jiàn)圖7。

圖6 滑坡應(yīng)急治理工程平面布置

圖7 滑坡治理工程布置剖面

4.2.1 抗滑樁工程 為控制滑坡西側(cè)塊體的變形，沿9-9′剖面布設(shè)10根抗滑樁，樁截面1.5m×2.0m樁長(zhǎng)20～28m，樁心距為5.0m；為控制滑坡東側(cè)塊體的變形，沿11-11′剖面布設(shè)16根抗滑樁，樁截面2.0m×2.5m及2.0m×3.0m，樁長(zhǎng)20～30m，樁心距均為5.0m?？够瑯恫捎萌斯ね诳坠に嚕珻25混凝土澆筑。

4.2.2 旋挖樁預(yù)加固工程 在抗滑樁靠坡頂一側(cè)布設(shè)54根旋挖樁對(duì)坡體進(jìn)行預(yù)加固，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)20～30m，采用C30混凝土澆筑，樁頂部位設(shè)置冠梁，冠梁寬度為1.2m，高度為0.6m，在抗滑樁上設(shè)置縱向連梁，連梁寬度為1.0m，高度為0.6m，與旋挖樁冠梁連接。

同時(shí)進(jìn)行整坡及堆石反壓工程以穩(wěn)固坡腳，為了避免地表水及地下水繼續(xù)對(duì)滑坡造成危害，修復(fù)了地表（截）排水溝及雨水、污水管等地表排水工程，并在滑坡體下部設(shè)小仰角（5°）排水孔10個(gè)，成孔直徑110mm，埋設(shè)直徑100mm花管，中間灌注中粗砂，以排泄坡體內(nèi)部地下水。

4.3 滑坡監(jiān)測(cè)結(jié)果及本次滑坡治理效果評(píng)價(jià) 為監(jiān)控滑坡體變形特性及工程治理效果，對(duì)坡體布置了若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)坡體進(jìn)行了施工前、施工中及施工后初期的水平、垂直變形監(jiān)測(cè)，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4及圖8所示。

表4 2#公寓南側(cè)擋墻頂水平位移監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)

圖8 垂直位移監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)曲線圖

由以上圖表可見(jiàn)，自旋挖樁于2014年8月20日施工完成后，滑坡沉降和水平位移趨于穩(wěn)定，而當(dāng)抗滑樁施工在2014年11月完成后，沉降和水平位移均小于10mm，位移速率均＜0.012mm/d?；轮卫磉_(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)論

（1）對(duì)滑坡體的地質(zhì)條件與變形破壞特征分析結(jié)果顯示，該滑坡體發(fā)生較大變形的主要原因?yàn)?，無(wú)序堆填于沖溝源頭斜坡上的松散填土在強(qiáng)降雨時(shí)地下水入滲增加了坡體自重，而且軟化土體導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，減小了摩擦力，增大了下滑力，從而造成土體滑動(dòng)。

（2）對(duì)填土滑坡，降低坡體內(nèi)的地下水位和防止地表水入滲是滑坡治理的關(guān)鍵。

（3）對(duì)于已產(chǎn)生滑動(dòng)或正在變形的邊坡，在抗滑樁施工前宜采取先導(dǎo)措施預(yù)加固滑坡體，以便為人工挖孔樁贏得時(shí)間及施工安全。旋挖樁施工進(jìn)度快，也可對(duì)地質(zhì)情況（滑動(dòng)面）進(jìn)行進(jìn)一步核準(zhǔn)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化抗滑工程，可作為此類滑坡預(yù)加固措施的首選。

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Research on the instability mechanism and treatmentm easures of the filled soil Landslide under heavy rain fall

LI Guangming1，XU Shiguang1，2，WANG Yanjun3，TU Shuiyun3
（1.Yunnan Geologic and Mineral Bureau of Explora tion&Exploitation，Kunm ing 650041，China；2.Kunming University of Science and Technology，Kunm ing 650093，China；
3.Geological Engineering Survey and Design Institute of Yunnan.Kunming 650102，China）

A filled soil landslide occured at a vocational college on western embankment of Yangxong lake in Yunnan last rainy season.The groundwater seepage and the obvious reduction in the shearing Strength of the filled soid，both of which were caused by the infiltration of a heavy rainfall，are considered the triggering factors of the landslide.Deformation analsis and stability calculation revealed that the sliding zone was formed mainly along the interface between the filling layer and the residual soil layer.The measure of the rotary drilling pile has been taken to reinforce slope stability in advance，and anti-sliding piles together with the measure of reducing the slope load and drainage system have been completed finally，and an effective result has been achieved.

filled soil landslide；groundwater seepage；reducing the shearing strength of the soil；rotary drilling pile；anti-sliding pil

TV43

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.02.004

1672-3031（2016）02-0103-07

（責(zé)任編輯：李 琳）

2015-02-07

李光明（1966-），男，云南華坪人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)及地質(zhì)災(zāi)害防治工作。E-mail：545036368@qq,com