劉新權，付 軍，張 澳，劉小清

(1.湖北省交通規(guī)劃設計院股份有限公司，武漢 430051；2.武漢理工大學，武漢 430063；3.湖北交投十巫(淅)高速公路有限公司,十堰 442000)

滑坡是一種比較常見的地質災害，往往會導致廠礦被摧毀、河流堵塞、影響公路的正常運輸?shù)?，并會伴隨有重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，對山區(qū)建設和交通設施危害很大。同時，由于滑坡產(chǎn)生的影響因素較多，滑坡的誘發(fā)機理也比較復雜，這導致對滑坡的預防和治理存在著一定的困難。陳祖煜[1]、張倬元[2]、王恭先[3,4]等通過綜合大量工程項目實際范例對邊坡穩(wěn)定性影響因素進行系統(tǒng)性的歸納總結。合理有效地治理滑坡具有重大意義，滑坡防治工程研究也日益成為國內外工程研究中的熱點之一[5]。

論文結合湖北省某高速路段邊坡開挖產(chǎn)生的滑坡治理工程實例，從地質狀況、坡面開挖、邊坡位移監(jiān)測等方面，結合穩(wěn)定性分析計算，綜合研究該滑坡形成的影響因素及變形破壞機制，并針對該邊坡提出合理處治措施，為同地區(qū)的邊坡治理工程提供參考。

1 工程概況

1.1 滑坡區(qū)地質條件

湖北省某高速邊坡開挖路段K51+278～K51+560段位于十堰市竹山縣溢水鎮(zhèn)何家灣村。該段深切挖方邊坡全長282 m，路線走向為228°，屬構造剝蝕低山地貌區(qū)，路線順切山體斜坡中部，附近高差約242 m，斜坡下陡上緩，自然斜坡坡度為10°～40°，路線經(jīng)過地段地面標高500～530 m。路段右側為5級路塹高邊坡，最大邊坡高度為40.79 m，最大中心挖深為26.1 m，典型斷面樁號YK51+421。

K51+291～K51+547段路基段屬構造剝蝕低山地貌區(qū)，路線順切山體斜坡中部，斜坡下陡上緩，自然斜坡坡度為10°～40°，大地構造單元上位于南秦嶺冒地槽褶皺帶之武當山復背斜內，結構面產(chǎn)狀較紊亂，千枚理為最發(fā)育結構面，大致產(chǎn)狀50°∠45°；實測發(fā)育兩組節(jié)理，產(chǎn)狀100°∠65°、300°∠70°。路基段鉆孔揭露地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積碎石，下伏寒武系中下統(tǒng)絹云石英千枚巖。

1.2 工程水文氣象條件

區(qū)域內未發(fā)現(xiàn)特殊性巖土發(fā)育，存在地下水，第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水占大部分。大氣降水為主要的補給方式，水量隨季節(jié)變化較大，一般較貧乏。

2 滑坡狀況

2018年5月K51+421～K51+505段含碳千枚巖夾層經(jīng)卸載刷坡后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，后期發(fā)未生垮塌病害，同年10月先后出現(xiàn)了后緣和中部裂縫，第三級邊坡錨桿防護出現(xiàn)裂縫，路基開挖至第一、二級邊坡時，裂縫寬度、范圍逐步擴大，強風化絹云母石英千枚巖層被推動翹起，最后在路線中線部位出現(xiàn)翹起型推移開裂，翹起高度約1 m，長度約20 m?，F(xiàn)場測量結果表明，最遠處后緣裂縫距主線約175 m，垮塌范圍沿路線方向約130～140 m，滑坡面積約20 000 m2，屬中型滑坡，開裂平面分布圖如圖1所示。

3 滑動面確定與成因分析

3.1 地表與深層變形監(jiān)測情況

中科院武漢巖土力學研究所對K51+278～K51+560段邊坡開展了地表位移監(jiān)測，地表監(jiān)測單位先期在邊坡臺階處布設監(jiān)測點17處(01～17號監(jiān)測點)，形成監(jiān)測斷面5個，后期分批在下部邊坡碎落臺、各級平臺處補充和加密監(jiān)測點，同時對垮塌破壞的監(jiān)測點進行恢復，最后監(jiān)測點總計31處，形成有效監(jiān)測斷面6個，對原有路塹邊坡形成全覆蓋并形成有效深層監(jiān)測。

3.2 滑坡面的確定

現(xiàn)場裂縫狀況表明后緣裂縫出現(xiàn)在K51+440處，距離路基中線175 m，路基中線翹起前緣段為K51+430～K51+450處，故選取K51+440作為滑坡驗算的典型斷面?；略O計中選取累計變形量最大和核心區(qū)域監(jiān)測斷面4和監(jiān)測斷面5，對X、Y向的累計位移量進行合成，并根據(jù)監(jiān)測點的原始布點坐標進行圖示；如圖2所示。裂縫基本在主線右側呈弧狀規(guī)則分布并基本判定滑坡主方向為垂直于主線方向，可取路基的橫斷面作為計算斷面。對LC01、LC02、LC03三處深層位移的累計水平位移進行分析：LC01測斜孔的位移突變點在17.0 m深度附近，LC02測斜孔的位移突變點在21.0 m深度附近，LC03測斜孔的位移突變點在8.0 m深度附近。根據(jù)深層位移監(jiān)測結果，結合原設計鉆孔及測斜孔的地質資料形成的K51+440處典型地質斷面圖，研究判定滑動面位置，如圖3所示。

3.3 成因分析

根據(jù)滑動面分析結果，結合地質勘察資料，分析認為引起邊坡滑動、垮塌的原因如下：

1)坡頂?shù)谒募o碎石覆蓋層較厚，自身抗剪強度較低，自然狀態(tài)下上部覆蓋層的穩(wěn)定性較差，應屬潛在滑坡區(qū)域或者不穩(wěn)定斜坡；路基邊坡開挖后，特別是前期含碳千枚巖夾層被清除后，滑坡阻力減小，形成了碎石層的滑動，牽引碎石覆蓋層整體下滑，導致后緣開裂和前緣三級邊坡框架錨桿推擠破壞。

2)下部強風化絹云母石英千枚巖的自身強度較低，僅8～10 MPa，且存在順層結構面發(fā)育，傾角45°，一般狀況應較穩(wěn)定，但是由于巖體風化嚴重，巖芯呈碎塊狀，結構面發(fā)育不規(guī)則，外力策動下存在隱患。

3)邊坡開挖后，滑動面A的底部阻滑段受邊坡開挖和含碳千枚巖夾層卸載作用牽引滑動，成為了滑動面B的主滑動段，當上部碎石覆蓋層沿滑動面A滑動后，對下部強風化絹云母石英千枚巖層形成作用力，導致強風化層沿底部地質邊界形成深層滑動，形成坡頂中部大裂縫和路基中線處的推移翹起；由于強風化層沿滑動面B滑移，上部碎石覆蓋層形成進一步擾動，自身抗剪強度降低，導致滑動面A的阻滑段抗滑能力降低，上部碎石覆蓋層滑動加劇，進而反復作用，形成復合型推擠滑坡。

4)施工擾動、降雨引起的地面徑流、巖體強度降低等因素加劇了滑坡病害。

4 穩(wěn)定性分析與計算

合理的穩(wěn)定性分析可以確定邊坡的安全系數(shù)并發(fā)揮至關重要的作用。在確定的滑動面基礎上，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[6]采用剩余下滑力法公式進行計算。

(1)

Ri=Nitanφi+ciLi

(2)

Ti=Wisinθi

(3)

Ni=Wicosθi

(4)

式中，F(xiàn)s為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψj為傳遞系數(shù)；Ri為第i滑塊滑體的抗滑力；Ti為第i滑塊滑體的下滑力；Ni為第i滑塊滑體在滑面法線上的反力；ci為第i滑塊滑面上土體的粘聚力；φi為第i滑塊滑面(滑帶土)的內摩擦角；Li為第i滑塊滑面長度；Wi為第i滑自重與地面建筑荷載之和；γ為滑面以上土體的天然重度。

4.1 滑坡面力學參數(shù)選取

通過式(1)～式(4)反算滑動面A和滑動面B的抗剪強度力學指標，由近期地表監(jiān)測觀測結果表明，變形較11月初有顯著下降，整體上邊坡處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)。鑒于邊坡目前的整體暫時穩(wěn)定狀態(tài)，設計計算中取穩(wěn)定系數(shù)為1.05進行滑坡參數(shù)的反算。依據(jù)工程地質勘查資料對滑坡體進行參數(shù)取值，并應分區(qū)計算滑坡剩余下滑力，以穩(wěn)定系數(shù)1.05反算各滑動面內摩擦角參數(shù)φ值。計算結果如表1所示。

表1 滑動面力學參數(shù)計算

4.2 Midas GTS數(shù)值模擬

為核查驗算結果的合理性，使用數(shù)值模擬分析軟件如Midas GTS軟件對K51+440典型邊坡進行數(shù)值模擬分析。邊坡整體變形的計算云圖形狀整體上與滑動面A和滑動面B形成的滑動區(qū)域基本相似，SRM強度折減法計算安全系數(shù)FOS為1.021 9，與設計假定的穩(wěn)定系數(shù)1.05基本相符，認為對滑動面的判定和力學參數(shù)的反算結果整體上合理和準確。通過以上穩(wěn)定性計算分析，可認定該滑動面穩(wěn)定性不滿足此條高速公路的安全系數(shù)[7]K=1.30的基本要求，必須對該滑坡段進行合理處治。

5 滑坡處治方案設計

滑坡實質上是邊坡坡體漸進、動態(tài)破壞的過程，且滑坡治理工程是一項復雜的系統(tǒng)工程[3,4]。在減載設計的基礎上，以防排水措施與抗滑支擋相結合進行綜合治理，采取下部抗滑擋土墻支擋+上部卸載的技術方案，邊坡支護方案側面圖如圖4所示。

1)對上部碎石覆蓋層進行卸載，從第三級邊坡平臺開始，采用臺階式邊坡設計。邊坡分級高度為8 m，邊坡坡率1∶(1.50～2.00)，對上部平臺進行加寬處理，平臺設置4%的坡度以便于排水。經(jīng)卸載后對滑動面A進行穩(wěn)定性分析，經(jīng)驗算，卸載后滑動面A的穩(wěn)定系數(shù)在1.3，滿足規(guī)范要求，整體穩(wěn)定。

2)在上部卸載的基礎上，采用剩余下滑力法計算滑動面B的剩余下滑力。根據(jù)規(guī)范要求，穩(wěn)定性系數(shù)取1.30，計算求得剩余下滑力388.9 kN/m，下滑角度7.5°。

3)根據(jù)求取的剩余下滑力，設計下部抗滑擋土墻。根據(jù)滑動面B的位置，取抗滑擋墻埋深4 m，頂寬2.0 m，墻面坡率1∶0.50，墻背坡率1∶2.0，其抗滑、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均在1.30以上，滿足規(guī)范要求。

4)滑動面B從路基中線處推擠剪出，形成強風化千枚巖層翹起開裂，開裂高度近1 m，考慮擋墻底部滑動裂縫的不確定性、巖石層結構面的相互擾動作用，在抗滑擋土墻底部設置微型抗滑樁基礎加固措施，微型樁采用Φ300微型鋼軌樁形式，鉆孔深度11 m，鋼軌長12.5 m、頂部1.5 m，深入抗滑擋土墻底部，形成整體結構，樁體采用正三角型布置，樁矩2.0 m。

5)設置邊坡綜合排水系統(tǒng)。在坡頂進行截水措施，阻止雨水滲透；布置平臺排水溝于各級平臺，收集邊坡匯水，防止雨水浸潤邊坡土體，減少坡面匯水對邊坡穩(wěn)定性的影響；在原有第二級邊坡坡體排水的基礎上，在第3～6級邊坡增設邊坡坡體排水，排除邊坡內部積水，調整邊坡土體的干濕狀態(tài)，增強土體力學性能。

6 結 論

將某高速公路路基邊坡開挖產(chǎn)生的滑坡作為研究對象，同時結合對應的滑坡土體地質結構與成分分析以及其對應的深層位移監(jiān)測，采用數(shù)值模擬計算的方式，對該滑坡的影響因素、滑坡變形破壞過程進行探究，得出相關結論。

a.由于邊坡上部自身巖體穩(wěn)定性較差，且其前緣阻滑段被挖除，滑坡阻力減小，引動下部邊坡底部地質邊界形成深層滑動，并對上部覆蓋層形成進一步擾動，阻滑段抗滑能力再次降低。加上施工擾動、降雨引起的地面徑流、巖體強度降低等因素加劇了滑坡病害，最終形成了復合型推擠滑坡。

b.結合地表與深層位移監(jiān)測準確地確定了坡體滑動面的分布位置與特征，驗證了滑坡穩(wěn)定性計算和滑坡參數(shù)反算結果的合理性。

c.該項目滑坡處治方案是在減載設計的基礎上，兼顧邊坡綜合排水考慮，采取下部抗滑擋土墻支擋+上部卸載的技術路線，結果滿足規(guī)范要求。經(jīng)實踐檢驗，邊坡穩(wěn)定性良好。