黃 輝，李小鵬

（中鐵科學(xué)研究院有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

某公路右側(cè)邊坡地貌屬剝蝕丘陵地貌單元，路線段地面標(biāo)高在160～205m之間，相對(duì)高差45m，山體自然坡度較緩，坡角10°～20°，地形呈前緩后陡。該邊坡前期受坡腳路塹開挖影響，發(fā)生滑動(dòng)變形并不斷向后牽引；坡腳澆筑擋墻后，變形暫時(shí)緩解。后期，受連續(xù)強(qiáng)降雨影響，邊坡再次發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致?lián)鯄?yán)重傾倒變形，邊坡形成明顯的滑坡周界。邊坡變形范圍沿線路方向約300m，垂直線路縱向牽引長(zhǎng)度約320m，平均厚度約15m，滑體方量約100萬m3的大型滑坡。

1 水文地質(zhì)條件

路塹邊坡范圍大氣降水形成的地表面流自高處向低洼處排泄暢通，地下水主要為基巖裂隙水及坡殘積層上層滯水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。坡體地下水較豐富，局部發(fā)育有溶洞，塹坡坡面局部有泉眼出露，常年流水。

2 地層巖性

覆蓋層：路線通過該路段切坡時(shí)出露地層主要為坡殘積層（粉質(zhì)粘土，含砂巖碎塊，局部含塊石），一端全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)可見約7～10°緩層順傾線路的不利層面。

基巖：中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r(D2d)，灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈柱狀，局部機(jī)械破碎。

3 治理措施

滑坡治理設(shè)計(jì)方案為滑坡中部?jī)杉?jí)抗滑樁支擋，樁頂增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索錨固；加高坡腳混凝土擋墻，增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索加固；抗滑樁平臺(tái)處增設(shè)截排水溝疏排地表水。

4 開挖卸荷理論

勘查單位已出具詳勘報(bào)告，設(shè)計(jì)單位已對(duì)該滑坡典型縱斷面進(jìn)行支擋錨固防護(hù)后的安全計(jì)算 （安全系數(shù)1.15）。本文重點(diǎn)在針對(duì)滑坡治理階段的平臺(tái)開挖過程，研究開挖引起的坡表巖土體卸荷回彈導(dǎo)致邊坡局部滑塌或變形，對(duì)排水溝的布設(shè)及平臺(tái)的開挖提出施工建議。通過數(shù)值模擬分析支擋錨固防護(hù)后，坡體內(nèi)部發(fā)生的變化，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的治理效果，進(jìn)一步為設(shè)計(jì)工作提供驗(yàn)證和支持。

邊坡開挖是一個(gè)巖土體卸荷的過程，上部巖土體的挖除，意味著下部巖土體的上覆荷載的移除，將引起開挖面巖土體的向臨空面的變形，即卸荷回彈。開挖面卸荷回彈變形不是一個(gè)即時(shí)發(fā)生的過程，而是在一定時(shí)期隨時(shí)間不斷變化增長(zhǎng)的過程，變形發(fā)展的速度與巖性、風(fēng)化程度、節(jié)理層面裂隙等結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度密切相關(guān)。伴隨著坡體上部的堆載以及下部坡體開挖擾動(dòng)影響有可能會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的剪切破壞，導(dǎo)致坡體表面工程措施的變形開裂，影響工程治理效果。

另外，邊坡巖土體開挖卸荷作用引起卸荷面附近巖體內(nèi)部應(yīng)力重分布的同時(shí)，易在局部造成應(yīng)力集中效應(yīng)，如開挖邊坡與平臺(tái)的交界處就容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而加重該部位的變形破壞，對(duì)其上部附著物也產(chǎn)生更加嚴(yán)重的牽引破壞。卸荷回彈若發(fā)生在坡度大的臨空面，則易產(chǎn)生崩塌破壞。

控制開挖面卸荷回彈引起不良影響的有效措施包括噴射混凝土、土釘墻、錨索（桿）加固、防護(hù)網(wǎng)等，對(duì)于開挖平臺(tái)可使用機(jī)械夯實(shí)碾壓措施。

5 數(shù)值模擬

1）模型及計(jì)算參數(shù) Rocscience Phase2.0是加拿大Rocscience公司研發(fā)的一款功能強(qiáng)大的巖土工程彈塑性有限元分析軟件、廣泛應(yīng)用于各類工程數(shù)值計(jì)算分析中。本文采用Phase2.0軟件模擬邊坡的開挖卸荷，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的治理效果。

依據(jù)設(shè)計(jì)方案典型斷面建立的數(shù)值模擬計(jì)算模型分三個(gè)階段如圖1、圖2、圖3所示，分別對(duì)應(yīng)滑坡初始狀態(tài)、開挖狀態(tài)、抗滑樁及錨索施加后狀態(tài)，并對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化以進(jìn)行有限元計(jì)算，計(jì)算選用摩爾庫(kù)倫模型。計(jì)算第一階段為邊坡滑坡模擬，主要模擬滑動(dòng)范圍、確定滑動(dòng)邊界；第二階段為開挖模擬，通過數(shù)值模擬計(jì)算分析開挖對(duì)滑坡的影響，指導(dǎo)開挖施工；第三階段為滑坡治理效果模擬，通過數(shù)值模擬分析抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索施加后，坡體變形發(fā)生的變化，驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果并進(jìn)一步提出建議。

圖1 邊坡初始狀態(tài)模型圖

圖2 邊坡開挖狀態(tài)模型圖

圖3 邊坡治理模型圖

數(shù)值分析計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 邊坡數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù)表

2）邊坡變形狀態(tài)模擬：邊坡初始狀態(tài)變形計(jì)算結(jié)果如圖4-圖5所示，其中紅色圓圈代表張拉破壞，紅色叉代表剪切破壞，紅色及橙色區(qū)域表示變形破壞的整體區(qū)域范圍。結(jié)合邊坡地層，由圖4可知中風(fēng)化灰?guī)r不透水，基巖頂面為隔水層，主要為粉質(zhì)粘土的邊坡上覆蓋層在降雨和地表徑流下滲的情況下，坡體自重增加并導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度指標(biāo)顯著下降，進(jìn)而引發(fā)基巖頂面覆蓋層牽引式滑坡。由圖5可知邊坡牽引變形的過程，坡腳剪切破壞嚴(yán)重，坡體上剪切張拉破壞最集中的兩個(gè)區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)次級(jí)滑體的后緣，此部位也是坡體陡換交界最為明顯的位置，治理方案中抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索也布設(shè)在該部位附近，施工中還須對(duì)坡表坡度較大處局部刷坡避免小范圍坡表變形。

圖4 邊坡變形范圍

圖5 邊坡變形區(qū)域

3）邊坡開挖狀態(tài)模擬：在坡體上兩處部位開挖平臺(tái)，后期用于抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索施工。如圖6所示，坡體開挖后，在原變形破壞的基礎(chǔ)上，開挖平臺(tái)處以張拉破壞為主的變形破壞尤為突出。這是由于坡表開挖后，下部巖體發(fā)生卸荷回彈，變形方向指向臨空面，導(dǎo)致張拉破壞為主、伴隨剪切破壞?，F(xiàn)場(chǎng)特征體現(xiàn)為斜坡巖土體開裂發(fā)生局部滑動(dòng)或崩塌；平臺(tái)巖土體松動(dòng)，不利于后續(xù)排水溝的施工。建議現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，嚴(yán)格執(zhí)行斜坡分段開挖、開挖一段壓實(shí)一段、挖后及時(shí)覆蓋防護(hù)的措施；針對(duì)平臺(tái)巖土體松動(dòng)，則須采用機(jī)械夯實(shí)碾壓的措施保證密實(shí)度，避免造成平臺(tái)水溝的開裂損壞。

圖6 邊坡開挖狀態(tài)

邊坡施加抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索后，數(shù)值模擬計(jì)算效果如圖7-圖9所示。由圖7可知，預(yù)應(yīng)力錨索穿過覆蓋層錨固在中風(fēng)化穩(wěn)固地層中。相較滑坡初始狀態(tài)，坡腳支擋錨固措施效果明顯，坡腳擋墻的加高也進(jìn)一步抑制了剪切破壞，邊坡變形破壞大幅度消失；坡表還存在局部張拉破壞，施工過程需進(jìn)行機(jī)械夯實(shí)碾壓。由圖8-圖9可知，抗滑樁平臺(tái)部位，在布設(shè)了抗滑樁和樁頂預(yù)應(yīng)力錨索后，邊坡變形破壞幅度大幅度消失，尤其樁后巖土體破壞接近消失，樁前巖土體變形受其上方平臺(tái)卸荷回彈變形影響，仍存在局部破壞，施工中應(yīng)采取機(jī)械夯實(shí)碾壓措施，必要時(shí)可進(jìn)行局部注漿加固?；抡w變形破壞得到有效控制。

圖7 坡腳治理效果

圖8 坡體治理效果

圖9 坡體治理效果

6 結(jié)論

以上數(shù)值計(jì)算，根據(jù)邊坡典型地質(zhì)斷面圖建立計(jì)算模型，采用設(shè)計(jì)方案巖層參數(shù)，分階段模擬了邊坡從滑動(dòng)變形到開挖，再到抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索施加后的變形情況。數(shù)值計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)了滑坡牽引變形的情況，體現(xiàn)了坡體開挖后開挖面巖土體卸荷回彈的變形特征，以及治理方案實(shí)施后變形破壞的控制效果。同時(shí)，數(shù)值模擬不僅驗(yàn)證了治理方案的有效性；其結(jié)果體現(xiàn)的已發(fā)生變形破壞的部位也應(yīng)在施工中增加碾壓夯實(shí)措施或坡表刷方措施避免次生災(zāi)害或結(jié)構(gòu)物的損壞。