廖小平，徐風(fēng)光，周文皎，彭浩然，魏家旭

(1.中鐵科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610036；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；3.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

山區(qū)道路建設(shè)引起滑坡災(zāi)害嚴(yán)重且不可避免，尤其是古老滑坡復(fù)活變形破壞，往往規(guī)模較大，性質(zhì)復(fù)雜，處理困難，增加投資，延長(zhǎng)工期，甚至造成嚴(yán)重的災(zāi)害損失，危害和威脅交通運(yùn)營(yíng)安全[1-4]。

為確保路塹邊坡的開(kāi)挖穩(wěn)定以及針對(duì)古老滑坡災(zāi)害及時(shí)做出防護(hù)加固工程治理[5-10]，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者圍繞該類問(wèn)題做了大量研究工作，并取得了積極的進(jìn)展[11-14]。

張玉成等[15]結(jié)合某水庫(kù)古滑坡體工程，研究了古滑坡體在庫(kù)水位及滑帶土參數(shù)變化下的穩(wěn)定性影響，并對(duì)不同加固類型作用下滑坡體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的改變進(jìn)行對(duì)比分析，得到了應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)高應(yīng)力水平區(qū)及大位移區(qū)域?qū)嵤┘庸痰脑O(shè)計(jì)方法；任三紹等[16]采用 FLAC3D數(shù)值模擬方法對(duì)紅花屯滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究分析，確定了邊坡開(kāi)挖及強(qiáng)降雨作用造成該古滑坡發(fā)生局部復(fù)活的原因，并采用相應(yīng)治理措施達(dá)到控制成效；王浩等[17-18]基于邊坡穩(wěn)定度反分析思路，利用數(shù)值仿真模擬挖方邊坡的卸荷回彈階段、剪切破裂階段和失穩(wěn)破壞階段全過(guò)程的演化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，解釋了路塹高邊坡在開(kāi)挖卸荷松弛階段的力學(xué)機(jī)理，總結(jié)了邊坡由于開(kāi)挖擾動(dòng)、卸荷損傷等引起的失穩(wěn)機(jī)制，提供了邊坡病害治理的理論依據(jù)；張曉平等[19]以張家口-石家莊高速公路類土質(zhì)路塹邊坡為例，采用顆粒元程序建立邊坡數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)分析邊坡破壞過(guò)程，確定了數(shù)值分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的研究方法,對(duì)邊坡變形做出趨勢(shì)性預(yù)測(cè)。

本研究為探究香麗高速公路巖羊村滑坡的演化過(guò)程與災(zāi)變機(jī)理，采用Rock Science巖土開(kāi)挖支護(hù)分析有限元軟件RS2，對(duì)巖羊村滑坡的自然狀況、開(kāi)挖卸荷、回填反壓、支擋加固等全過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，以揭示古老滑坡復(fù)活變形破壞機(jī)制，并評(píng)估其整治工程效果，可以為類似古老滑坡路段路塹邊坡工程的設(shè)計(jì)計(jì)算與病害整治提供參考。

1 巖羊村滑坡災(zāi)害發(fā)育特征及整治對(duì)策

1.1 工程概況

巖羊村滑坡位于云南省香格里拉至麗江高速公路K92+100～K92+600段、金沙江右岸，屬于構(gòu)造侵蝕中山峽谷地貌，自然斜坡為折線型，上陡下緩，小范圍內(nèi)橫坡分布多級(jí)緩平臺(tái)和陡坡，如圖1所示。受路塹邊坡開(kāi)挖卸荷及持續(xù)降雨影響，2016年11月，邊坡開(kāi)挖原設(shè)計(jì)第2級(jí)時(shí)，K92+365～K92+600段路塹邊坡發(fā)生較大規(guī)模的滑動(dòng)變形和破壞，該滑坡為路塹邊坡開(kāi)挖引起的一老滑坡的局部復(fù)活。場(chǎng)區(qū)斜坡上覆第四系崩坡積層、殘積土層，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖夾灰?guī)r，典型地質(zhì)斷斷面如圖2所示。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Engineering geological plane of landslide

圖2 滑坡工程地質(zhì)斷面圖Ⅰ-Ⅰ(K92+451)Fig.2 Engineering geological sectionⅠ-Ⅰ(K92+451) of landslide

老滑坡沿路線縱向里程為K92+100～K92+600段，兩側(cè)各發(fā)育一條沖溝，后緣分布一平臺(tái)，長(zhǎng)約50 m，寬約30 m，距后緣60 m處的滑坡坡面發(fā)育3條裂縫，寬1.5～4 m，長(zhǎng)60～160 m，可見(jiàn)深度1.0～1.5 m，植被茂密，出現(xiàn)“馬刀樹(shù)”，前緣出現(xiàn)多級(jí)小平臺(tái)和陡坎，坡面零亂，坡度較緩。滑坡滑帶為全、強(qiáng)風(fēng)化板巖，深度為14.3～37 m，平均厚度25 m，滑坡體積約為383×104m3，屬于大型順層巖石滑坡。

新滑坡為路塹邊坡滑坡，并誘發(fā)老滑坡中后部的局部復(fù)活，主要原因?yàn)槁穳q邊坡開(kāi)挖卸荷及持續(xù)降雨，沿路線縱向里程為K92+365～K92+600。路塹邊坡滑坡后緣張拉下挫，拉張裂縫寬1～2 m，可見(jiàn)深度1～2 m，滑坡周界已貫通，側(cè)界剪切裂縫寬0.5～1.2 m，可見(jiàn)深度1～2 m，前緣沿順傾的板巖似層面剪出，滑帶深度5～25 m，平均厚度15 m，滑坡體積約為36×104m3，屬于中型堆積層滑坡。

1.2 滑坡災(zāi)變過(guò)程及主要工程對(duì)策

巖羊村滑坡自2016年3月路塹開(kāi)挖施工以來(lái)，直至2019年12月通車運(yùn)行，經(jīng)歷2次較大的變形破壞，并相應(yīng)實(shí)施了系統(tǒng)的工程治理。

(1)第1次災(zāi)變過(guò)程及防治工程對(duì)策

香麗高速公路K92+100～K92+600段左側(cè)路塹邊坡原設(shè)計(jì)5級(jí)開(kāi)挖，第1，2級(jí)坡率為1∶0.5，第3，4，5級(jí)坡率為1∶0.75，單級(jí)坡高10 m，平臺(tái)寬度2 m，采用全坡面預(yù)應(yīng)力錨桿框架加固。2016年11月，受開(kāi)挖卸荷及持續(xù)降雨影響，邊坡開(kāi)挖第2級(jí)邊坡時(shí)，K92+365～K92+600段邊坡發(fā)生較大規(guī)?；瑒?dòng)，后緣拉裂下錯(cuò)，周界貫通，前緣沿順傾板巖似層面剪出。為了防止滑坡規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大及對(duì)路基路面工程造成破壞，立即在滑坡前緣進(jìn)行了應(yīng)急反壓，并進(jìn)行了方案變更設(shè)計(jì)，主要采用刷方卸載、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支擋和預(yù)應(yīng)力錨索框架加固等措施。

(2)第2次災(zāi)變過(guò)程及防治工程對(duì)策

2019年9月，在K92+100～K92+600段左側(cè)路塹邊坡支擋加固措施已施工完成的基礎(chǔ)上，邊坡局部再次發(fā)生變形破壞。K92+210～K92+280段邊坡發(fā)生塌方，K92+428～K92+600段4～6級(jí)邊坡出現(xiàn)不同程度下沉變形，造成45根錨索錨具脫落，第4，5級(jí)平臺(tái)出現(xiàn)大量裂縫和水溝下沉現(xiàn)象。為防止邊坡變形進(jìn)一步擴(kuò)大，在第5，6級(jí)平臺(tái)增補(bǔ)了抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索地梁等補(bǔ)強(qiáng)加固工程措施。

2 滑坡演化過(guò)程模擬及發(fā)生機(jī)理分析

2.1 計(jì)算模型及巖土參數(shù)

根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料，結(jié)合滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，按圖2所示典型工程地質(zhì)斷面(K92+451)，并對(duì)其地形區(qū)域進(jìn)行了相應(yīng)延伸，建立圖3所示的二維平面應(yīng)變數(shù)值計(jì)算模型。

圖3 滑坡數(shù)值計(jì)算模型Fig.3 Numerical calculation model of landslide

該滑坡模型從上到下地層分別為第四系堆積層、全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖，模型底部為雙向零位移邊界，兩側(cè)采用水平零位移邊界，模型材料為理想彈塑性Mohr-Coulomb本構(gòu)模型?；轮锌紤]了老滑動(dòng)面影響，采用節(jié)理單元，在全風(fēng)化板巖和強(qiáng)風(fēng)化板巖分界面模擬了老滑動(dòng)面，不考慮其他巖體結(jié)構(gòu)面，地下水的作用和影響綜合體現(xiàn)在其巖土強(qiáng)度參數(shù)中。

滑坡巖土體和老滑動(dòng)面的力學(xué)參數(shù)由該滑坡相關(guān)試驗(yàn)成果及穩(wěn)定狀態(tài)反分析方法綜合確定，如表1和表2所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physical and mechanical parameters of rock and soil

表2 老滑動(dòng)面力學(xué)參數(shù)Tab.2 Mechanical parameters of old sliding surface

2.2 滑坡演化過(guò)程

首先，計(jì)算了自重條件下原始斜坡初始應(yīng)力場(chǎng)，采用強(qiáng)度折減法計(jì)算其穩(wěn)定系數(shù)為Fs=1.25，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符(該滑坡在路塹邊坡開(kāi)挖之前未發(fā)現(xiàn)任何變形活動(dòng)跡象)。

然后，按初始設(shè)計(jì)方案，模擬分析路塹邊坡逐級(jí)開(kāi)挖卸荷過(guò)程(降雨對(duì)邊坡的影響，通過(guò)巖土體強(qiáng)度參數(shù)折減考慮)，重點(diǎn)研究開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力松弛特征、最大剪應(yīng)變及塑性區(qū)的變化規(guī)律，并采用強(qiáng)度折減法計(jì)算其穩(wěn)定系數(shù)，觀察潛在破裂面的發(fā)育、發(fā)展和貫通過(guò)程。

(1)開(kāi)挖應(yīng)力松弛

基于作者前期研究成果[2]，以開(kāi)挖過(guò)程中的大主應(yīng)力增量變化來(lái)研究其開(kāi)挖卸荷的應(yīng)力松弛規(guī)律。開(kāi)挖歷時(shí)過(guò)程中的大主應(yīng)力增量Δσ1變化如圖4所示(各開(kāi)挖時(shí)步云圖變化量值范圍一致)。

圖4 路塹邊坡開(kāi)挖過(guò)程中大主應(yīng)力變化量云圖(單位:kPa)Fig.4 Nephograms of large principal stress variation during cutting slope excavation(unit:kPa)

邊坡開(kāi)挖1級(jí)后(從上至下，下同)，應(yīng)力就開(kāi)始調(diào)整，主要表現(xiàn)為坡腳局部范圍應(yīng)力集中，路基面附近受開(kāi)挖卸荷影響，應(yīng)力逐漸松弛(下同，不再贅述)。

邊坡開(kāi)挖2級(jí)后，應(yīng)力調(diào)整明顯增大，此時(shí)步第1級(jí)邊坡(自下而上，下同)上部表層應(yīng)力松弛，坡腳應(yīng)力集中，并發(fā)現(xiàn)在表層應(yīng)力松弛外側(cè)和坡體內(nèi)部沿老滑動(dòng)面形成2個(gè)應(yīng)力集中區(qū)。

邊坡開(kāi)挖3級(jí)后，應(yīng)力繼續(xù)調(diào)整，在邊坡第1級(jí)和第2級(jí)中上部之淺表層形成明顯的應(yīng)力松弛區(qū)，應(yīng)力松弛區(qū)左下側(cè)形成1個(gè)應(yīng)力集中區(qū)；路基下方靠近老滑面附近也出現(xiàn)1個(gè)應(yīng)力松馳區(qū)，相應(yīng)地，坡體內(nèi)沿老滑動(dòng)面的應(yīng)力集中區(qū)向上延伸，范圍增大。

邊坡開(kāi)挖4級(jí)后，應(yīng)力調(diào)整急劇加大，邊坡第1～3級(jí)開(kāi)挖面淺表層形成1個(gè)“貫通”的應(yīng)力松弛區(qū)，坡體內(nèi)部沿第四系堆積體和全風(fēng)化砂質(zhì)板巖交界面、老滑動(dòng)面、強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化交界面形成3個(gè)帶狀應(yīng)力集中區(qū)。

由上述分析得到，該路塹邊坡逐級(jí)開(kāi)挖過(guò)程中，邊坡淺表層應(yīng)力松弛范圍逐漸向內(nèi)和向上擴(kuò)大，同時(shí)在坡體內(nèi)部、堆積界面、老滑動(dòng)面形成3個(gè)應(yīng)力集中帶，并不斷向上擴(kuò)展，這些應(yīng)力狀態(tài)的調(diào)整和變化將成為其變形破壞發(fā)展的起源和控制。

(2)塑性區(qū)的形成及發(fā)展

路塹邊坡開(kāi)挖過(guò)程中的塑性區(qū)發(fā)育與分布云圖如圖5所示。

圖5 路塹邊坡開(kāi)挖過(guò)程中塑性區(qū)云圖Fig.5 Nephograms of plastic zone during cutting slope excavation

邊坡開(kāi)挖1級(jí)后，坡面卸荷松馳，局部受拉進(jìn)入屈服。

邊坡開(kāi)挖2級(jí)后，出現(xiàn)明顯塑性區(qū)，主要在邊坡表層(對(duì)應(yīng)邊坡卸荷松弛區(qū))和路基面卸荷回彈區(qū)。

邊坡開(kāi)挖3級(jí)后，塑性區(qū)發(fā)展擴(kuò)大，邊坡淺表層出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)(對(duì)應(yīng)邊坡卸荷松弛區(qū))，同時(shí)在其下部對(duì)應(yīng)老滑面附近開(kāi)始形成塑性區(qū)，并在坡體上部產(chǎn)生屈服拉裂。

邊坡開(kāi)挖4級(jí)后，淺表層大面積出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)，沿堆積層和全風(fēng)化交界面向上延伸，同時(shí)邊坡開(kāi)挖頂部自然斜坡局部多處出現(xiàn)受拉塑性區(qū)。

(3)最大剪應(yīng)變的發(fā)展趨勢(shì)

路塹邊坡逐級(jí)開(kāi)挖過(guò)程中的最大剪應(yīng)變?cè)茍D如圖6所示。開(kāi)挖1級(jí)后，邊坡變形以坡面松馳和路基回彈變形為主；開(kāi)挖2級(jí)后，坡面松馳和路基回彈變形范圍持續(xù)擴(kuò)大，并依附堆積面和老滑面產(chǎn)生剪切變形帶；開(kāi)挖3級(jí)后，主要表現(xiàn)為依附堆積面和老滑面的剪切變形帶向后向上延伸和擴(kuò)大；開(kāi)挖4級(jí)后，路塹邊坡坡體內(nèi)的滑裂面貫通，沿第四系堆積層和全風(fēng)化交界面產(chǎn)生較大的滑動(dòng)變形。

圖6 路塹邊坡開(kāi)挖過(guò)程中最大剪應(yīng)變?cè)茍DFig.6 Nephograms of maximum shear strain during cutting slope excavation

可見(jiàn)，隨著邊坡逐級(jí)開(kāi)挖，路塹邊坡受開(kāi)挖卸荷影響，淺表層開(kāi)始出現(xiàn)變形，老滑坡后緣逐漸形成張拉裂縫，坡體內(nèi)部滑裂面沿第四系堆積層與全風(fēng)化層交界面和老滑動(dòng)面向上逐漸貫通(與開(kāi)挖過(guò)程中坡體內(nèi)部應(yīng)力增高帶對(duì)應(yīng))，從而誘發(fā)路塹邊坡變形破壞和老滑坡局部復(fù)活，即路塹邊坡滑坡后緣拉裂縫貫通下錯(cuò)，老滑坡后部坡面出現(xiàn)多條拉裂縫，此時(shí)計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.01。

2.3 滑坡形成原因和災(zāi)變機(jī)理

香麗高速公路巖羊村滑坡是內(nèi)外因多重因素共同作用引起的，自身復(fù)雜地質(zhì)條件是引起滑坡的關(guān)鍵因素，路塹邊坡的開(kāi)挖卸荷作用和外界持續(xù)降雨是誘發(fā)滑坡產(chǎn)生的主要原因。

(1)不良地質(zhì)基礎(chǔ)

該段斜坡體為一古老滑坡堆積體，其斜坡初始穩(wěn)定性差。在老滑坡堆積體前部開(kāi)挖路塹邊坡時(shí)，易引起路塹邊坡的變形滑動(dòng)，誘發(fā)老滑坡的復(fù)活。

(2)脆弱坡體結(jié)構(gòu)

該段路塹邊坡的上部地層主要為第四系堆積碎石土，碎石主要為中風(fēng)化的板巖和灰?guī)r塊，以粉質(zhì)黏土充填，土體松散，強(qiáng)度低。這些都為滑坡的形成提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

邊坡中下部為滑動(dòng)過(guò)的全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖，為薄片狀或板狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖塊松脫，板理面呈絲絹光澤，含絹云母，綠泥石，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯呈碎塊石、角礫或土狀，親水性強(qiáng)，地質(zhì)條件差。坡腳揭露的巖層產(chǎn)狀為215°∠15°～250°∠25°，與邊坡坡向基本一致，為邊坡的變形滑動(dòng)提供了潛在依附面。

(3)開(kāi)挖卸荷作用

巖羊村滑坡受前部路塹邊坡開(kāi)挖卸荷作用，打破了原有斜坡的力學(xué)平衡，在路塹邊坡開(kāi)挖面附近形成了1個(gè)“貫通”的卸荷松弛區(qū)，卸荷松弛區(qū)內(nèi)巖土體首先進(jìn)入塑性屈服，同時(shí)坡體內(nèi)沿老滑動(dòng)面和堆積界面向上形成應(yīng)力集中區(qū)，使邊坡內(nèi)部巖土體沿老滑動(dòng)面和堆積界面或風(fēng)化界面產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，后緣張拉裂隙逐漸形成。

(4)大氣降雨影響

邊坡上部堆積層碎石土，土體松散，空隙大，在持續(xù)降雨作用下，雨水極易沿孔隙入滲，使邊坡上部碎石土含水量增加、重度增大，滑坡下滑力增大。同時(shí)老滑動(dòng)面和堆積界面受雨水入滲浸水軟化，以及滑動(dòng)面孔隙水壓上揚(yáng)，致使抗剪強(qiáng)度降低，滑坡抗力減小，加劇了邊坡的變形和滑動(dòng)。

基于上述滑坡主要原因分析和滑坡演化過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果，可以總結(jié)巖羊村滑坡的災(zāi)變機(jī)理如下：

邊坡開(kāi)挖1級(jí)后，開(kāi)挖坡腳部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；坡面出現(xiàn)應(yīng)力松馳，局部進(jìn)入屈服；邊坡變形以坡面松馳和路基回彈變形為主。

邊坡開(kāi)挖2級(jí)后，除了坡腳應(yīng)力集中和坡面應(yīng)力松弛外，可以清晰發(fā)現(xiàn)在表層應(yīng)力松弛外側(cè)和坡體內(nèi)部沿老滑動(dòng)面形成兩個(gè)應(yīng)力集中區(qū)；這時(shí)邊坡出現(xiàn)明顯塑性區(qū)，主要在邊坡淺表層和路基卸荷回彈區(qū),并且依附堆積面和老滑面產(chǎn)生剪切蠕滑變形帶。

邊坡開(kāi)挖3級(jí)后，應(yīng)力調(diào)整持續(xù)，在邊坡第1級(jí)和第2級(jí)中上部之淺表層形成明顯的應(yīng)力松弛區(qū)，應(yīng)力松弛區(qū)左下側(cè)形成1個(gè)應(yīng)力集中區(qū)；相應(yīng)地，塑性區(qū)發(fā)展擴(kuò)大，在邊坡淺表層出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)(對(duì)應(yīng)邊坡卸荷松弛區(qū))，同時(shí)在其下部對(duì)應(yīng)老滑面附近開(kāi)始形成塑性區(qū)，并在坡體上部產(chǎn)生屈服拉裂；主要表現(xiàn)為依附堆積面和老滑面的剪切蠕滑變形帶向后向上延伸和擴(kuò)大。

邊坡開(kāi)挖4級(jí)后，應(yīng)力調(diào)整急劇擴(kuò)大，邊坡第1～3級(jí)開(kāi)挖面淺表層形成1個(gè)“貫通”的應(yīng)力松弛區(qū)，坡體內(nèi)部沿第四系堆積體和全風(fēng)化砂質(zhì)板巖交界面、老滑動(dòng)面、強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化交界面形成3個(gè)帶狀應(yīng)力集中區(qū)；相應(yīng)地，淺表層大面積出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)，沿堆積層和全風(fēng)化交界面向上延伸，同時(shí)邊坡開(kāi)挖頂部自然斜坡局部多處出現(xiàn)受拉塑性區(qū)；進(jìn)而導(dǎo)致路塹邊坡體內(nèi)形成貫通滑裂面，產(chǎn)生路塹邊坡滑坡變形破壞；同時(shí)，沿第4系堆積層界面和老滑動(dòng)面產(chǎn)生明顯的滑移變形，從而誘發(fā)老滑坡中后部的復(fù)活，老滑坡后緣多處拉裂、下錯(cuò)。

3 整治工程對(duì)策模擬與工程效果評(píng)價(jià)

3.1 工程對(duì)策模擬

香麗高速公路巖羊村滑坡在建設(shè)施工期間，先后經(jīng)歷了兩次較大的變形破壞和工程治理。

本研究采用RS2有限元軟件對(duì)巖羊村滑坡整治工程對(duì)策進(jìn)行分階段全過(guò)程數(shù)值模擬分析，其中包括坡腳回填反壓、第1次支擋加固和第2次補(bǔ)強(qiáng)加固等主要工程治理階段。

(1)坡腳回填反壓模擬

2016年11月該路塹邊坡滑坡產(chǎn)生后，立即在坡腳進(jìn)行了反壓回填(原設(shè)第2級(jí)邊坡)，設(shè)計(jì)反壓高度4 m，寬度18 m。反壓后的穩(wěn)定系數(shù)從1.01提高到1.08，坡體穩(wěn)定性得到了明顯提高，有效地控制了裂縫的發(fā)展和擴(kuò)大，滑坡處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，為后續(xù)整治工程的實(shí)施贏得了時(shí)間，對(duì)該滑坡的治理具有重要的作用和意義。

(2)第1次整治工程對(duì)策模擬

在滑坡前緣應(yīng)急反壓工程實(shí)施后，系統(tǒng)地設(shè)計(jì)和實(shí)施了第1次整治工程。首先進(jìn)行刷方卸載，并逐級(jí)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，然后在坡腰和坡腳增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁和樁板墻支擋加固。

具體地，在K92+360～K92+590段邊坡第1級(jí)設(shè)置一排2 m×2.5 m預(yù)應(yīng)力抗滑樁板墻，樁出土4 m，樁長(zhǎng)15，20，25，30 m不等，樁間距5 m，錨索預(yù)應(yīng)力為710 kN。邊坡在第1級(jí)抗滑樁后按1∶1.0坡率刷方卸載，形成9級(jí)路塹高邊坡，第2～8級(jí)邊坡坡高8 m，第9級(jí)為6 m，設(shè)置2 m寬平臺(tái)，第3級(jí)平臺(tái)為8 m。各單級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固，框格梁間距4 m×4 m，錨索長(zhǎng)25 m，30 m，預(yù)應(yīng)力為710 kN。在第3級(jí)平臺(tái)內(nèi)設(shè)一排2 m×3 m和2 m×2.5 m預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，樁間距5 m，樁長(zhǎng)均為30 m,預(yù)應(yīng)力為710 kN。在邊坡坡口線外33 m處設(shè)置1排1.5 m×2 m抗滑樁，樁間距5 m，樁長(zhǎng)均為30 m。

該滑坡病害經(jīng)第1次支擋加固工程整治后，在天然工況條件下的K92+451斷面數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖7所示，計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.17。

圖7 第1次整治工程實(shí)施后最大剪應(yīng)變?cè)茍DFig.7 Nephograms of maximum shear strain after the first renovating project

(3)第2次整治工程對(duì)策模擬

2019年9月，在巖羊村滑坡支擋加固措施已施工完成的基礎(chǔ)上，邊坡再次發(fā)生局部變形破壞，因此設(shè)計(jì)實(shí)施了第2次補(bǔ)強(qiáng)加固工程，即增設(shè)了2排抗滑樁和1排預(yù)應(yīng)力錨索地梁。

具體地，在K92+199～K92+345段左側(cè)第5級(jí)邊坡平臺(tái)上設(shè)置1排2 m×1.5 m抗滑樁，樁間距5 m，樁長(zhǎng)30 m。在K92+430～K92+510段左側(cè)第6級(jí)邊坡平臺(tái)上設(shè)置1排2 m×1.5 m抗滑樁，樁間距5 m，樁長(zhǎng)30 m。在K92+360～K92+535段左側(cè)第5級(jí)邊坡錨索框架梁的中間增加1排錨索地梁，錨索長(zhǎng)30 m，預(yù)應(yīng)力710 kN。

該滑坡病害經(jīng)第2次補(bǔ)強(qiáng)加固工程整治后，在天然工況條件下的K92+451斷面數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖8所示，計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.23。

圖8 第2次整治工程實(shí)施后最大剪應(yīng)變?cè)茍DFig.8 Nephograms of maximum shear strain after the second renovating project

3.2 工程效果評(píng)價(jià)

巖羊村滑坡路段由于路塹開(kāi)挖引起古老滑坡復(fù)活變形和破壞，滑坡病害整治歷經(jīng)回填反壓、改坡刷方、第1次支擋加固和第2次補(bǔ)強(qiáng)加固等工程對(duì)策，并且在第1次支擋加固工程實(shí)施過(guò)程采用了逐級(jí)開(kāi)挖逐級(jí)加固的施工工序?？v觀其整治歷時(shí)過(guò)程，可劃分為起始、路塹開(kāi)挖、回填反壓、第1次整治、局部工程失效和第2次整治等6個(gè)主要工程階段，相應(yīng)地共分為21個(gè)工程對(duì)策時(shí)步,如表3所示。

表3 滑坡病害整治工程時(shí)步及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculated time steps and stability of landslide disaster renovating project

如前所述，本研究針對(duì)巖羊村滑坡，在宏觀跡象調(diào)查評(píng)估的基礎(chǔ)上，從災(zāi)害演化過(guò)程到整治歷時(shí)過(guò)程進(jìn)行分階段全過(guò)程數(shù)值模擬分析，研究探討滑坡應(yīng)力松弛狀況、塑性區(qū)分布特點(diǎn)和最大剪應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)，并采用強(qiáng)度折減法計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)。各時(shí)步坡體穩(wěn)定性狀態(tài)如圖9所示。

圖9 滑坡整治工程對(duì)策歷時(shí)穩(wěn)定性狀態(tài)變化Fig.9 Changes of continual stability state of countermeasures for landslide renovating project

其中，在起始階段，即邊坡開(kāi)挖之前，計(jì)算坡體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.25，與該古老滑坡在高速公路建設(shè)前歷經(jīng)多年未發(fā)現(xiàn)任何變形和破壞的宏觀現(xiàn)象一致。

在路塹邊坡開(kāi)挖階段，當(dāng)邊坡開(kāi)挖4級(jí)，即開(kāi)挖第2級(jí)邊坡后，路塹邊坡產(chǎn)生嚴(yán)重變形和破壞，并誘發(fā)古老滑坡局部復(fù)活。此時(shí)計(jì)算坡體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.01，接近極限平衡狀態(tài)。

在第2級(jí)邊坡回填反壓階段，反壓后的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到1.08，宏觀調(diào)查反映坡體變形破壞進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到反壓的作用和功能。

第1次支擋加固工程實(shí)施后，坡體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.17，滑坡總體基本穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差。

時(shí)至2019年9月，局部工程失效，造成45根錨索錨具脫落，此時(shí)計(jì)算坡體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.07。具體地，K92+210～K92+280段發(fā)生邊坡塌方，K92+428～K92+600段4～6級(jí)邊坡出現(xiàn)不同程度下沉變形，第4，5級(jí)平臺(tái)出現(xiàn)大量裂縫和水溝下沉現(xiàn)象，宏觀變形與數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果基本吻合。

第2次補(bǔ)強(qiáng)加固工程實(shí)施后，坡體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.23，滑坡穩(wěn)定性定量計(jì)算結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)論

針對(duì)香麗高速公路巖羊村滑坡，采用數(shù)值模擬分析方法，反演了滑坡災(zāi)害的演化過(guò)程及整治歷時(shí)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了滑坡災(zāi)變與治理的全過(guò)程模擬，并得出以下結(jié)論：

巖羊村古老滑坡路段路塹邊坡開(kāi)挖產(chǎn)生卸荷應(yīng)力松馳，在路塹邊坡坡腳附近和中上部古老滑動(dòng)面及覆蓋土層堆積界面等軟弱不連續(xù)面產(chǎn)生應(yīng)力集中積聚。在路塹開(kāi)挖和持續(xù)降雨的共同作用下，開(kāi)挖邊坡淺表層首先開(kāi)始松弛屈服，然后是開(kāi)挖坡面下部對(duì)應(yīng)的古老滑動(dòng)面及堆積界面相繼進(jìn)入剪切屈服，產(chǎn)生蠕動(dòng)滑移變形，并向上牽引發(fā)展和向下推擠擴(kuò)大直至貫通。從而產(chǎn)生路塹邊坡滑坡破壞、覆蓋土層沿堆積界面滑移、以及古老滑坡體中后部復(fù)活變形。

巖羊村古老滑坡病害演化與工程整治歷經(jīng)路塹開(kāi)挖、回填反壓、第1次整治、局部工程失效和第2次整治等5個(gè)主要工程階段和21個(gè)工程對(duì)策時(shí)步。工程整治對(duì)策全過(guò)程數(shù)值模擬預(yù)測(cè)評(píng)估揭示，其坡體穩(wěn)定狀態(tài)從路塹邊坡開(kāi)挖失穩(wěn)接近極限平衡狀態(tài)，到應(yīng)急反壓后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，充分顯示應(yīng)急反壓回填工程的有效性；其次，第1次支擋加固工程實(shí)施過(guò)程模擬和穩(wěn)定性評(píng)估結(jié)果較好地反映了逐級(jí)刷方逐級(jí)錨固工序的必要性，并使滑坡總體達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)；最后，第2次補(bǔ)強(qiáng)加固工程實(shí)施后，其數(shù)值模擬評(píng)估結(jié)果顯示滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡穩(wěn)定性定量計(jì)算結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。對(duì)比宏觀變形跡象調(diào)查與數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果，其各階段工程整治效果評(píng)估結(jié)果基本相符。