林 峰，梅榮均，王健偉

（鐵科院（深圳）研究設(shè)計(jì)院有限公司 深圳518000）

0 引言

近幾年來(lái)，隨著城市快速發(fā)展，土地資源日益緊張，特殊地形下土地的開(kāi)發(fā)利用必定削山造地，隨之會(huì)形成大量的人工邊坡。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)深圳現(xiàn)有4萬(wàn)多處邊坡，其中超過(guò)98%是由工程建設(shè)所致，大量人工邊坡的形成使邊坡病害的問(wèn)題日益突出，其中尤以順層滑坡因其規(guī)模大、破壞性強(qiáng)引起了一些專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。

張玉芳等人［1］歸納了發(fā)生在深圳境內(nèi)典型的順層滑坡，包括黃貝嶺山體滑坡、園林公司產(chǎn)品展銷樓東側(cè)滑坡、蓮塘水廠滑坡、水貝松泉滑坡、深圳武警醫(yī)院滑坡等5組滑坡的成因機(jī)理和治理措施。馮振等人［2］對(duì)順層邊坡監(jiān)測(cè)及變形破壞進(jìn)行了分析，提出坡腳開(kāi)挖及降水是誘發(fā)順層邊坡發(fā)生變形失穩(wěn)的主要原因。佟名等人［3］研究了人工開(kāi)挖及降雨入滲對(duì)順層邊坡失穩(wěn)的影響，結(jié)果表明當(dāng)開(kāi)挖面位于軟弱面以下時(shí)，邊坡沿軟弱夾層面發(fā)生整體失穩(wěn)，滑坡體的穩(wěn)定性隨降雨的進(jìn)行持續(xù)降低。王飛等人［4-7］結(jié)合工程實(shí)例分析了類似順層邊坡滑坡的原因，發(fā)現(xiàn)軟弱夾層面的強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)順層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性起主要控制作用。李富民等人［8-9］對(duì)錨頭體系腐蝕行為、索體腐蝕行為及受拉性能退化、腐蝕錨索結(jié)構(gòu)錨固性能等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，提出應(yīng)從錨索施工工藝，錨索體結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行研究，解決錨索體系耐久性問(wèn)題。

根據(jù)文獻(xiàn)分析，目前對(duì)順層邊坡層間軟弱帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算，以及多種因素同時(shí)作用時(shí)邊坡穩(wěn)定性分析的研究相對(duì)較少。為此，本文選取深圳某小區(qū)后山邊坡順層滑坡的工程實(shí)例，采用Geo-Slope/w軟件反算了順層邊坡層間軟弱帶的抗剪強(qiáng)度參數(shù)并對(duì)邊坡各個(gè)工程狀態(tài)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，深入探討了本次引發(fā)滑坡的原因。

1 工程背景

1.1 邊坡概況

2007年深圳某住宅小區(qū)建設(shè)過(guò)程中，對(duì)鄰近山體削坡后形成人工邊坡，邊坡長(zhǎng)度約70 m，坡高約10～28 m，坡度約35°～50°。邊坡類型為巖土混合邊坡，主要由強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化粉砂巖組成，邊坡治理主要采用兩級(jí)框架錨桿+坡腳抗滑樁的設(shè)計(jì)方案，坡腳切坡垂直高度約12 m，支護(hù)范圍頂標(biāo)高約142～143 m，坡腳標(biāo)高約118 m，其簡(jiǎn)化示意圖如圖1所示。

圖1 邊坡典型剖面示意圖Fig.1 Typical Profile of Slope

1.2 地形地貌

滑坡區(qū)域地處低丘陵地區(qū)，地勢(shì)西高東低，最高點(diǎn)位于北西側(cè)的山包頂海拔176 m，最低點(diǎn)位于東側(cè)住宅樓海拔118 m，相對(duì)高差58 m?；聟^(qū)地表坡度一般35°～45°，坡腳為道路，原坡面植被較好。

1.3 地層巖性

根據(jù)野外地質(zhì)勘查與鉆孔巖土芯樣，滑坡地層自上而下分別為：

〈1〉坡積層（Qdl）①含碎石粉質(zhì)黏土層，平均厚度3.8 m，位于滑坡的表層。

〈2〉侏羅紀(jì)下統(tǒng)金雞組（J1j）①?gòu)?qiáng)風(fēng)化粉砂巖層，遇水易軟化；②軟弱夾層（見(jiàn)圖2），主要物質(zhì)組成為粉質(zhì)黏土、巖屑等，呈薄層、透鏡體狀不規(guī)則分布于強(qiáng)～中風(fēng)化巖間；③中風(fēng)化粉砂巖層，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，為較軟巖，巖體呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊～短柱狀；④微風(fēng)化粉砂巖層，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，為較硬巖，巖體完整程度為較完整。各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)（地勘報(bào)告）Tab.1 Physico-mechanical Parameters of Slope Rock

圖2 坡腳前緣樁側(cè)出露軟弱夾層Fig.2 Soft Interlayer is Exposed on the Side of Anti-sliding Pile

2 滑坡基本特征及初步原因分析

2.1 滑坡基本特征

2018年8月30日02：00左右該邊坡發(fā)生滑坡，該滑坡位于兩山脊之間斜坡地帶，沿粉砂巖的層間軟弱帶（面）產(chǎn)生變形與滑動(dòng)，其類型為巖質(zhì)順層滑坡。形成初期，坡腳抗滑樁出現(xiàn)變形，少量錨桿（索）發(fā)生破壞，隨之后山坡上出現(xiàn)明顯開(kāi)裂，進(jìn)而中部～前緣發(fā)生了淺表滑坡。主滑段滑坡體順滑面下沖剪斷了坡腳1.5 m×1.2 m間距3.0 m的矩形抗滑樁，坡面框架錨桿被牽引破壞，并隨滑坡體一起滑動(dòng)，堆積體填滿坡腳市政道路?；缕矫娉尸F(xiàn)“圈椅”形，滑坡主滑方向約70°，滑坡縱長(zhǎng)約50 m，寬約45 m，滑坡面積約2 250 m2，厚度約6～13 m，平均厚度約9 m，總體積約2萬(wàn)m3。

滑坡后緣以老的拉張裂縫為界，前緣以抗滑樁側(cè)揭露的軟弱夾層為剪出口，局部至坡腳?；轮胁繛殡娝ㄔO(shè)造成的陡坡，陡坡下部形成小平臺(tái)，滑坡表面植被茂盛，以樹(shù)木為主。

根據(jù)勘查成果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，邊坡沿層間軟弱帶產(chǎn)生滑動(dòng)，滑坡前緣可見(jiàn)“②軟弱夾層”，滑面較為松散，未發(fā)現(xiàn)明顯擠壓、揉揍跡象，主滑面大致呈直線型。滑坡區(qū)域概況如圖3所示。

圖3 滑坡區(qū)概況Fig.3 General Situation of Landslide Area

2.2 初步原因分析

經(jīng)調(diào)查，本次滑坡蘊(yùn)育于傾角上陡下緩的順向巖層層間錯(cuò)動(dòng)帶中，主滑段沿層間軟弱帶發(fā)展。根據(jù)勘察報(bào)告成果，軟弱夾層天然狀態(tài)與飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)差距較大?；掳l(fā)生時(shí)恰逢深圳雨季，雨水下滲導(dǎo)致軟弱夾層力學(xué)指標(biāo)急劇下降。因此邊坡的地質(zhì)特征與連續(xù)強(qiáng)降雨是觸發(fā)滑坡的一大因素。

其次，滑坡區(qū)域邊坡支護(hù)于2008年竣工，根據(jù)相關(guān)資料顯示滑坡前該邊坡排水系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度淤堵、破損，坡腳抗滑樁前部分預(yù)應(yīng)力錨索封錨脫落、夾片松弛（見(jiàn)圖4）?；潞蟋F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索破壞基本都出現(xiàn)在抗滑樁前錨索自由段鋼絞線與錨頭連接處，錨固體與鋼絞線無(wú)明顯破壞跡象。表明邊坡工程施工質(zhì)量導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索體系耐久性較差與邊坡后期缺乏運(yùn)維也是導(dǎo)致滑坡的一個(gè)因素。

圖4 抗滑樁及錨索破壞情況Fig.4 Failure of Anti Slide Pile and Anchor Cable

3 穩(wěn)定性分析

3.1 分析模型

為定量分析邊坡各個(gè)階段的穩(wěn)定性，采用Geo-Slope/w進(jìn)行邊坡穩(wěn)定極限平衡分析，根據(jù)本工程滑坡區(qū)域主滑段的地質(zhì)剖面與邊坡工程原設(shè)計(jì)方案建立分析模型，模型中未考慮原設(shè)計(jì)用于治理淺表滑坡的錨桿框架。依據(jù)地質(zhì)剖面中層間軟弱帶的走向，通過(guò)軟件內(nèi)指定滑動(dòng)面功能定義層間軟弱帶走向?yàn)榛瑒?dòng)方向，然后計(jì)算所有指定滑動(dòng)面的安全系數(shù)，從中搜索出安全系數(shù)最小的，即最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。

反算軟弱夾層抗剪強(qiáng)度工況，根據(jù)滑坡后地形測(cè)繪結(jié)果，該工況建立了如圖5所示分析模型，旨在模擬滑坡后邊坡的臨界狀態(tài)，進(jìn)而反推邊坡軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

圖5 反算軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析模型Fig.5 Analysis Model of Shear Strength Parameters of Soft Interlayer

［工況1］計(jì)算連續(xù)強(qiáng)降雨軟弱夾層抗剪強(qiáng)度降低對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，考慮軟弱夾層飽和的最危險(xiǎn)工況。

［工況2］計(jì)算坡底抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索失效對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，按照30%的錨索失效考慮。

［工況3］同時(shí)考慮連續(xù)強(qiáng)降雨引起軟弱夾層飽和抗剪強(qiáng)度降低及坡底抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索失效共同作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

3.2 分析結(jié)果

反算軟弱夾層抗剪強(qiáng)度工況，滑坡發(fā)生后抗滑樁前形成大量堆積體，假定該條件下邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05。在指定的滑移面中選取安全系數(shù)最小的，并根據(jù)同類型地層參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值調(diào)整本工程軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，分析結(jié)果如圖6所示。當(dāng)計(jì)算得出最危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)為1.05時(shí)，軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為c=16 kPa，φ=18°，該指標(biāo)與本工程勘查室內(nèi)試驗(yàn)所得結(jié)果基本一致。

圖6 反算軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析結(jié)果Fig.6 Analysis Results of Shear Strength Parameters of Soft Interlayer

工況1分析連續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致軟弱夾層飽和工況邊坡穩(wěn)定性，分析結(jié)果如圖7?所示。作為對(duì)照，先采用指定滑移面對(duì)天然狀態(tài)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果如圖7?所示。天然狀態(tài)邊坡軟弱夾層作為滑面時(shí)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K1=1.35、K2=1.52，其中深層軟弱夾層安全系數(shù)較小為最不利滑面。降雨工況下軟弱夾層飽和時(shí)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K1=1.23、K2=1.18，此時(shí)最小安全系數(shù)的潛在滑裂面與天然狀態(tài)工況恰好相反，淺層軟弱夾層面為最不利滑面。軟弱夾層飽和工況下安全系數(shù)明顯降低，表明降雨引起軟弱夾層抗剪強(qiáng)度降低是本工程滑坡的重大誘因。

抗滑樁前部分預(yù)應(yīng)力錨索失效工況分析結(jié)果如圖7?所示，此時(shí)淺層軟弱夾層面為最不利滑裂面，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K1=1.14，K2=1.10。

在同時(shí)考慮降雨引起軟弱夾層強(qiáng)度降低及抗滑樁前部分錨索失效的計(jì)算工況3條件下，邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖7?所示?？梢钥闯鲈摴r邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K1=1.04，K2=0.88，此時(shí)潛在滑裂面位置與工況1、工況2相同，淺層軟弱夾層為滑裂面時(shí)邊坡已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與圖4、圖5中實(shí)際滑動(dòng)范圍基本吻合。分析表明降雨引起邊坡軟弱夾層抗剪強(qiáng)度降低與抗滑樁前部分預(yù)應(yīng)力錨索失效是觸發(fā)滑坡的主要原因。

圖7 穩(wěn)定性分析結(jié)果Fig.7 Stability Analysis Results of Slope

4 結(jié)論

結(jié)合深圳某邊坡順層滑坡的實(shí)例，分別對(duì)邊坡飽和狀態(tài)、錨索失效狀態(tài)以及同時(shí)考慮飽和與錨索失效狀態(tài)的3種工況進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析，深入探討了本次滑坡的原因，得到了以下結(jié)論：

⑴層間構(gòu)造軟弱夾層力學(xué)性質(zhì)差，在水的浸泡下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)急劇下降，引起邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低，表明連續(xù)降雨，邊坡排水不暢，雨水下滲是本工程成生滑坡的重要影響因素。因此，邊坡治理過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)“水”的防治，避免大氣降水直接滲入邊坡，必要時(shí)可對(duì)坡面進(jìn)行封閉。

⑵預(yù)應(yīng)力錨索失效后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)顯著降低，結(jié)合本工程滑坡前、后錨索的實(shí)際破壞形態(tài)，表明預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量也是誘發(fā)滑坡的重要因素。因此，邊坡設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)注重保證預(yù)應(yīng)力錨索的耐久性，特殊部位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)工程措施，重點(diǎn)設(shè)計(jì)，精細(xì)施工。

⑶本文結(jié)合工程實(shí)際情況分析了深圳地區(qū)某粉砂巖地層順層滑坡的成生原因，表明邊坡工程作為永久性工程（設(shè)計(jì)使用年限一般為50年），應(yīng)當(dāng)完善養(yǎng)護(hù)與管理措施，保障邊坡工程措施的長(zhǎng)期效果。