摘要：牽引式滑坡是高速公路施工中常見的邊坡破壞形式。文章以陽朔至平樂高速公路典型牽引式滑坡為例，對(duì)牽引式滑坡的特性進(jìn)行研究，并結(jié)合該滑坡的勘測(cè)數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，建立滑坡有限元模型進(jìn)行破壞模式和治理機(jī)制分析。結(jié)果表明，牽引式滑坡是由于底部坡腳失穩(wěn)造成對(duì)上部土體支撐力不足，進(jìn)而引起中上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)下滑，在實(shí)際工程中可采用加固坡腳、增加坡腳抗滑力的方式進(jìn)行治理。

關(guān)鍵詞：牽引式滑坡；有限元；治理；抗滑樁；破壞機(jī)理

中圖分類號(hào)：U416.1+4 A 09 031 3

0 引言

牽引式滑坡是一種常見的滑坡形式，該形式滑坡主要發(fā)生在具有一定坡度的地形中。牽引式滑坡的主要原因是下層土體受坡腳開挖等因素影響而產(chǎn)生滑動(dòng)，進(jìn)而造成與之相鄰的上層土體失去下部支撐而發(fā)生失穩(wěn)下滑，由此產(chǎn)生連鎖反應(yīng)造成斜坡土體連續(xù)出現(xiàn)滑動(dòng)，其失效形式并不是一次性發(fā)生，而是隨著時(shí)間遷移不斷發(fā)生滑坡。牽引式滑坡影響范圍大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，如果不及時(shí)處理，滑坡面會(huì)不斷擴(kuò)大，在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行及早預(yù)防和處理。

一些學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)牽引式滑坡的機(jī)理和治理措施進(jìn)行了研究。黃義佳［1］對(duì)牽引式滑坡形成原因、形成位置和治理方案進(jìn)行了綜合研究。王忠禹等［2］以牡丹江市青梅東山為例，對(duì)牽引式滑坡的特征及其形成機(jī)理進(jìn)行了分析。李效萌等［3］結(jié)合贛東地區(qū)的積土質(zhì)牽引式滑坡，對(duì)該類型滑坡的穩(wěn)定性和破壞模式進(jìn)行了分析。李曉龍［4］對(duì)國(guó)道212線牽引式滑坡的穩(wěn)定性和加固措施進(jìn)行了分析，呂錦良等［5］針對(duì)南京市土質(zhì)進(jìn)行了類似的研究。陳文勝等［6］采用條分法對(duì)牽引式滑坡破壞機(jī)理進(jìn)行了研究。孫立娟［7］結(jié)合牽引式滑坡試驗(yàn)，對(duì)該類型滑坡的失穩(wěn)機(jī)理和演化過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。由此可知，牽引式滑坡情況復(fù)雜多變，需要結(jié)合實(shí)例對(duì)其進(jìn)行研究。

本文以陽朔至平樂高速公路段牽引式滑坡為例，對(duì)其相關(guān)特征進(jìn)行分析。楊旭東等［8］對(duì)該滑坡進(jìn)行了堆載反壓條件下的滑坡變形規(guī)律分析及參數(shù)反算，表明堆載反壓是有效的應(yīng)急處置措施。本文結(jié)合有限元模型，對(duì)牽引式滑坡的形成機(jī)制進(jìn)行了分析，并對(duì)滑坡治理中抗滑樁治理措施進(jìn)行了優(yōu)化分析。結(jié)果表明，牽引式滑坡由坡腳的開挖和沖刷造成滑坡面從下到上不斷失穩(wěn)，可通過抗滑樁等方式固定坡腳進(jìn)行治理。

1 工程概況

陽朔至平樂高速公路K2588+885（K97+120）～K2589+003（K97+238）段屬丘陵地貌，路基采用挖方路塹方式通過，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高約為128.29～128.53 m，左側(cè)路基最大挖方高度約為25 m，位于K2588+925（K97+160）處。K2588+885～K2589+003段左側(cè)挖方路塹設(shè)計(jì)情況如下：坡比為1∶1，分3級(jí)放坡，底部2級(jí)高度為10 m，級(jí)間留設(shè)1.5 m寬平臺(tái)，坡頂設(shè)置M7.5漿砌片石截水溝（50×50 cm），防護(hù)形式為U型釘+三維植被網(wǎng)滿鋪草坡防護(hù)。

2016年年初，高速公路路基采用挖方路塹，遺留下近似垂直的陡坡，隨著時(shí)間推移，陡坡發(fā)生滑塌；2016年7月，K2588+003左側(cè)涵洞口附近臺(tái)階形漿砌片石擋墻出現(xiàn)開裂起鼓破壞；2017年8月逐步形成蠕動(dòng)變形的滑坡。

2 牽引式滑坡機(jī)理分析

該滑坡發(fā)育于陽朔至平樂高速公路K2588+950左側(cè)斜坡地帶，巖土體內(nèi)部原有的應(yīng)力狀態(tài)將隨著成坡過程的進(jìn)行而發(fā)生變化，引起應(yīng)力重分布和應(yīng)力集中等效應(yīng)。斜坡內(nèi)部剪應(yīng)力不斷增加，在斜坡內(nèi)逐漸形成很多應(yīng)力集中帶。當(dāng)斜坡內(nèi)某一部分巖土體抗剪強(qiáng)度小于剪應(yīng)力后，該部分巖土體首先產(chǎn)生變形破壞，隨后變形逐漸發(fā)展，直至坡面出現(xiàn)斷續(xù)的拉張裂縫。隨著滑坡拉張裂縫及剪切裂縫的形成以及滲水作用的加強(qiáng)，坡體巖土體物理力學(xué)性質(zhì)不斷下降，直接促進(jìn)滑動(dòng)面發(fā)育貫通。最終滑坡發(fā)生整體滑動(dòng)的破壞變形，過大的滑坡推力和較深的滑面位置，導(dǎo)致?lián)鯄κ茐?，進(jìn)而形成滑坡。根據(jù)已滑動(dòng)巖土體規(guī)模及滑坡平面形狀、滑動(dòng)面埋深、滑坡變形規(guī)律及力學(xué)性質(zhì)特征，按《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011）判斷，該滑坡屬中層牽引式中型滑坡。

對(duì)于牽引式滑坡，其滑動(dòng)面呈現(xiàn)為前部?jī)A角較大，中后部?jī)A角降低。牽引式滑坡可主要分成3個(gè)部分：阻滑段、主滑段和張拉段，如下頁圖1（a）所示。牽引式滑坡的穩(wěn)定機(jī)制是：前部依靠坡腳的抗滑力形成穩(wěn)定形態(tài)；中部依靠前部提供的抗滑力保持穩(wěn)定；后部依靠中部提供的抗滑力保持穩(wěn)定。各個(gè)部位之間相互依存，依次為其上部結(jié)構(gòu)提供抗力。牽引式滑坡阻滑段如果受到外力干擾滑動(dòng)破壞，進(jìn)而無法對(duì)其相鄰的中部主滑段提供抗力支撐，使其相鄰?fù)馏w開始破壞，于是引起連鎖反應(yīng)造成上部結(jié)構(gòu)不斷失穩(wěn)，如圖1（b）所示。牽引式滑坡由于不是整體產(chǎn)生滑動(dòng)，而是逐段逐層滑動(dòng)，因此一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。在陽朔至平樂高速公路段牽引式滑坡中，2016年年初產(chǎn)生的滑塌現(xiàn)象，一直持續(xù)到2017年年底，可見牽引式滑坡持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)。

3 有限元分析及治理措施

以該滑坡為例，對(duì)其進(jìn)行有限元分析和治理措施研究。綜合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試成果，病害路段各巖土層物理特性參數(shù)如表1所示。

滑坡治理方式主要以人工干預(yù)提供抗力為主，有限元模型以典型的抗滑樁治理模式為例進(jìn)行分析。有限元模型如圖2所示，牽引式滑坡滑動(dòng)面發(fā)育特性如圖3所示。該工程是由于坡腳取土和雨水沖刷造成邊坡失穩(wěn)，因此為模擬牽引式滑坡的發(fā)生，在坡腳處進(jìn)行切坡，人為造成邊坡失穩(wěn)。由圖3（a）可以看出進(jìn)行切坡之后最大位移發(fā)生在坡腳處，這與前文分析的牽引式滑坡失效模式是一致的，即首先在坡腳處失效。如圖3（b）所示，滑動(dòng)面由底部逐漸向邊坡上部發(fā)展。

在抗滑樁尺寸和分布模式一定的情況下，抗滑樁設(shè)置的關(guān)鍵因素在于位置。抗滑樁中心至滑坡切坡位置的水平距離為l，滑坡切坡位置至滑坡后緣水平全長(zhǎng)為L(zhǎng)，設(shè)置不同的l/L數(shù)值，進(jìn)行抗滑樁位置與治理效果的相關(guān)性分析，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)抗滑樁設(shè)置于坡腳處時(shí)，這個(gè)滑坡未產(chǎn)生較大位移；當(dāng)抗滑樁略遠(yuǎn)離坡腳處時(shí)，位移開始增加且最大位移處于坡腳處；當(dāng)抗滑樁遠(yuǎn)離主滑段時(shí)，抗滑樁效果大大降低；當(dāng)l/L=0.9時(shí)，與不布置抗滑樁效果相當(dāng)，抗滑樁提供抗滑力的效果消失。

為了定量分析抗滑樁位置對(duì)滑坡處理效果的影響，選取滑坡最大位移和穩(wěn)定系數(shù)作為兩個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。穩(wěn)定系數(shù)定義為滑面上全部抗滑力與滑動(dòng)力之比，如式（1）所示。l/L=0為不設(shè)置抗滑樁情況，該工況為其他工況的對(duì)比工況。由表2可以看出，隨著l/L增加，穩(wěn)定系數(shù)呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律，最大位移呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律。

κ=FsFn（1）

式中：κ——滑坡穩(wěn)定系數(shù)；

Fs——滑面抗滑力；

Fn——滑面滑動(dòng)力。

當(dāng)l/L=0.1時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)最大，滑坡最大位移最??；當(dāng)l/L=0.8和0.9時(shí)，抗滑樁幾乎不產(chǎn)生作用。這與前文分析得到的牽引式滑坡機(jī)理是一致的。因?yàn)闋恳交率怯善履_失穩(wěn)引起的連鎖反應(yīng)，造成中部和上部土體失穩(wěn)進(jìn)而逐漸滑動(dòng)。由此可見，坡腳失穩(wěn)是中上部土體失穩(wěn)的誘因，也是牽引式滑坡破壞的核心因素，因此在坡腳進(jìn)行抗滑樁固定效果最好。而當(dāng)抗滑樁位于中部（l/L=0.6）時(shí)，抗滑樁對(duì)于坡腳土體抗滑力的增強(qiáng)作用大幅度降低，因此穩(wěn)定系數(shù)降低且最大位移增加；當(dāng)抗滑樁位于上部（l/L=0.9）時(shí)，抗滑樁對(duì)坡腳不產(chǎn)生影響而失去作用，此時(shí)該工況與不設(shè)置抗滑樁相同。

4 工程驗(yàn)證

基于上述分析可知，對(duì)于牽引式滑坡最有效的方式是在坡腳進(jìn)行固定，增加坡腳土體抗滑力。為此，對(duì)該滑坡設(shè)計(jì)采用抗滑樁板式支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，將該抗滑樁板式結(jié)構(gòu)設(shè)置于坡腳上部1.487 m處。設(shè)計(jì)方案如下：（1）抗滑樁直徑為1.8 m，樁長(zhǎng)為24 m，出土段為5 m，埋入段為19 m，滑動(dòng)面以下嵌固段為17.513 m，樁中心距為4.5 m，樁身強(qiáng)度為C30混凝土；（2）樁間設(shè)置1塊現(xiàn)澆C30混凝土擋板，擋板長(zhǎng)為2.7 m，厚為0.4 m，高度為5.5 m；（3）滑坡前緣頂部設(shè)置60 cm×60 cm漿砌片石截水溝，翻挖回填碾壓封閉滑坡裂縫，恢復(fù)滑坡植被。

為了驗(yàn)證該滑坡治理措施效果，對(duì)滑坡變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，滑坡處治施工期間，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移變形為1.7～7.5 mm。因前緣抗滑樁發(fā)揮有效支擋作用，滑坡處治施工完成后一年的監(jiān)測(cè)驗(yàn)證周期內(nèi)，樁頂累計(jì)位移僅為2.80～3.05 mm，深淺層滑面變形得到遏制。這表明處治施工對(duì)深層滑面的支擋效果良好，整體上抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)可靠，可以控制滑坡整體穩(wěn)定。

5 結(jié)語

牽引式滑坡是有坡度山體經(jīng)常發(fā)生的一種滑坡破壞形式。本文結(jié)合實(shí)際高速公路中發(fā)生的牽引式滑坡案例，對(duì)牽引式滑坡的形成機(jī)制和治理措施進(jìn)行了研究分析，得到以下結(jié)論：

（1）牽引式滑坡災(zāi)害屬于坡腳阻滑段失穩(wěn)而引起主滑段和張拉段不斷失穩(wěn)的破壞形式。牽引式滑坡的主要發(fā)生原因是坡腳被人為開挖或者被雨水沖刷，造成上部土體缺乏支撐結(jié)構(gòu)所致。

（2）牽引式滑坡主要由于坡腳失穩(wěn)造成，因此在實(shí)際工程中可采用固定坡腳、加強(qiáng)坡腳抗滑力的方式進(jìn)行防治。本文中采用抗滑樁固定滑坡坡腳的措施，取得了很好的效果，該措施可以為類似工程提供參考。

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收稿日期：2022-04-11