地質災害治理工程施工中邊坡穩定問題及滑坡治理方法

劉海波

（甘肅省地礦局第四地質礦產勘查院，甘肅酒泉735000）

地質災害治理工程施工中邊坡穩定問題及滑坡治理方法

劉海波*

（甘肅省地礦局第四地質礦產勘查院，甘肅酒泉735000）

通過對地質災害治理工程施工中巖（土）體滑坡形成的原因及危害性進行綜合分析，闡述了滑坡體的分類及基本特征、巖（土）體的地質結構對邊坡穩定性的影響，提出了邊坡穩定性計算方法和人工邊坡穩定坡度的參考數據，并根據以往施工經驗及工程實例，著重介紹了對非穩定邊坡進行滑坡治理所采用的一般處理方法。

滑坡原因；滑坡分類；基本特征；穩定分析；治理方法

巖（土）體邊坡穩定問題是地質災害治理工程施工中經常遇到的工程地質問題，它對整體工程的經濟造價、安全施工和后續投入使用影響甚大，具有顯著的危害性。非穩定邊坡對建筑物和道路造成影響或危害的主要表現形式為缺乏足夠的抗滑穩定性，在各種荷載作用下坡體沿著一定的軟弱結構面下滑，從而發生局部或大面積滑坡。因此，分析巖（土）體滑坡形成的原因和特征，繼而對其進行綜合治理，是地質災害治理工程施工中非常重要的環節。

1 滑坡形成的原因

無論是巖質邊坡還是土質邊坡，其穩定因素和滑坡形成的原因很多。根據筆者在西北地區進行滑坡治理的施工經驗，綜合歸納大致有如下幾種類型：

1.1 巖（土）體的物理性質

巖（土）體的物理性質決定其力學強度和抵抗外力的能力，一般情況下凡含有較多粘土礦物及親水礦物并易于軟化的巖石，如粘土、泥巖、頁巖、泥灰巖、凝灰巖、云母片巖、滑石片巖等具層狀結構的巖石，以及各種含有泥質充填物的破碎帶等，均易于軟化，從而降低其力學強度，常可導致滑坡的發生。

1.2 巖體內結構面的發育特征

巖體內發育的各種結構面，破壞了巖體的完整性，這是發生巖質滑坡的必要條件，西北秦嶺和祁連山區所發生的滑坡絕大部分屬此種類型。當巖體被結構面切割與邊坡呈分離狀態且結構面的抗剪強度小于滑坡體的剪應力并具有滑動臨空面時，就可能導致滑坡的發生。對于松散巖體，雖然不具備明顯的地質結構面，但當其本身的抗剪強度小于邊坡的剪力時，也可能出現滑坡現象。

1.3 外部浸水對邊坡的破壞作用

大部分邊坡變形滑移多發生在雨季，對水工建筑物而言，在水庫蓄水初期或庫水消落期間滑坡居多，證明水對邊坡穩定性的影響是十分顯著的。究其原因，筆者認為有如下幾種情況：一是水可促進滑動帶土石的強度顯著降低；二是水的沖刷作用破壞坡腳引起滑坡；三是水庫蓄水引起庫岸邊坡失穩滑動。

1.4 地震對邊坡的破壞作用

區域地震作用使巖（土）體結構在短時間內發生劇烈破壞，在地震波的反復沖擊震蕩下，邊坡巖（土）體沿原有結構面或由地震所產生的新的結構面發生滑坡。一般情況下，地震烈度在6級以上時誘發山體滑坡的可能性是很大的，如汶川大地震曾使山體產生許多滑坡。

1.5 人為因素的影響

包括人工削坡、爆破及傾斜邊坡的墾植破壞、引水灌溉導致浸水滲漏等，均可造成滑坡現象的發生。

2 滑坡的分類及特征

根據西北地區野外地質勘查實際情況，可粗略地將滑坡體按巖性分為5類，其各類滑坡體的基本特征為：

2.1 粘性土滑坡

均質粘性土中的滑坡受浸水作用顯著，干燥時呈裂縫狀態，遇水時膨脹、崩解，呈軟塑或流動狀態，抗剪強度劇降。這種類型的滑坡與降雨關系極為密切，具有“大雨大滑，小雨小滑”的特點。其滑動面呈圓弧形，滑坡體與底部母巖均為粘性土，故在野外鑒定時稱之為同類土滑坡。

2.2 黃土滑坡

系發生在不同的黃土層中的滑坡，多群集出現，常見于高階地前緣斜坡上。此類滑坡中，一般滑動速度較快，變形急劇，規模及動能較大，破壞力強，多具崩塌性。西北地區黃土結構松散，垂直裂隙發育，透水性強，雨后常形成窩狀地下水，黃土經浸泡軟化，其抗剪強度顯著下降，繼而形成滑坡。

2.3 碎石土滑坡

系發生在傾斜邊坡上各種堆積層中的滑坡，一般多沿基巖頂面滑動，少部分沿不同時期的堆積層面滑動，滑動面（帶）多數由一些粘土夾層或風化千枚巖、炭質頁巖構成，且均為潮濕的或飽和的并經常發現有窩狀地下水活動（但滑體內含水量很少）。基巖頂面與斜坡坡面傾向一致時，無論其巖性如何，其上的碎石土都存在滑動的可能。

2.4 均質軟巖滑坡

在泥巖、頁巖、泥灰巖等軟弱巖石中，巖性大體均一，軟弱面的強度與巖石強度基本相同。當斜坡上的剪切力大于巖石的抗剪強度時，形成近乎圓弧狀的滑動面，在滑坡體滑動過程中可順勢旋轉，具有明顯的主滑與抗滑地段。工程施工中人工開挖邊坡時，這種滑坡的規模較小，一般僅數十立方米，而在高陡的河岸則具有較大規模的滑坡發生。

2.5 堅硬巖石內的滑坡

系沿堅硬巖石內的軟弱面發生的滑坡，其主要特征是滑動面均在坡腳以上。滑坡體通常呈塊狀，含水量很少，滑坡受一個或幾個軟弱結構面控制，滑坡壁則受構造切割面控制。當巖層的傾向和邊坡的傾向一致（外斜巖層邊坡）時，由于人工切削坡腳或河流沖淘坡腳，斜坡極易發生順層滑動，從而形成順層滑坡。

3 邊坡穩定性分析

3.1 邊坡結構對穩定性的影響

邊坡巖（土）體的地質結構是滑坡產生的內在因素，結構面的組合控制著滑動的條件、規模、形式及方向，特別是滑動面的形態對穩定性影響更大。野外進行地質災害治理勘查及地質災害治理施工時，應著重注意以下幾個方面：

（1）順坡結構面易于形成滑動面。當層面傾角小于地形坡腳時，沿層面形成完整的滑動面；當層面傾角大于地形坡腳時，應注意層面與緩傾角的節理組合的滑動面。當層面傾角很緩時，一般情況下是穩定的，但結構面抗剪強度較低，亦應注意沿軟弱面的滑動。

（2）反坡結構面在一般情況下是穩定的，但應注意巖（土）體往往被多組不同的結構面所切割，特別是節理發育巖石破碎地段，易于形成組合滑動面。在巖石較軟弱或節理發育的位置，由于岸坡重力作用的影響也可能產生松動變形。

（3）圓弧形滑動面。松散體的滑坡，往往具有圓弧形的滑動面；某些基巖的滑坡，往往也有切層現象形成類似的弧形滑動面。在邊坡治理中采用壓腳或減荷（減少上部重量）的方法可有效抑制此類滑坡的發生。

3.2 邊坡穩定性計算

在野外進行地質災害治理勘查及地質災害治理施工中，一般是用穩定系數K（阻滑力與下滑力的比值）來判定邊坡的穩定性。當K＝1時，邊坡處于臨界狀態；當K＞1時，邊坡處于穩定狀態；當K＜1時，邊坡處于非穩定狀態。其計算公式為：

K＝（N·tanφ+F·S）/T（N＝G·cosω T＝G· sinω）

式中：G——巖（土）體重量；

N——巖（土）體重量在滑動面上的垂直分力；

T——巖（土）體重量在滑動面上的平行分力；

F——滑動面的凝聚力；

S——滑動面的面積；

ω——滑動面的傾角；

tanφ——滑動面的摩擦系數。

3.3 人工邊坡穩定坡度的選擇

在實際施工中天然邊坡往往不能滿足工程設計要求，需通過開挖、切削、回填等手段對原有邊坡進行改造或重新修筑邊坡，以形成穩定的、可供利用的人工邊坡。在確定人工邊坡的穩定坡度時，除應考慮巖（土）體的物理性質、結構面的組合和滑動面的抗剪強度外，還需考慮各種外力作用的影響（水流、荷載等），永久邊坡和臨時邊坡的穩定坡度亦應有所區別。根據以往滑坡治理施工經驗，一般常見地層人工邊坡允許坡度如表1所示。

4 滑坡預防及治理措施

對于不穩定結構類型的邊坡，根據其變形因素和變化規律，必須因地制宜地采取治理措施，防止發生嚴重變形破壞。根據以往施工經驗，對非穩定邊坡進行滑坡治理一般采用如下幾種方法：

4.1 地表或地下排水

水的浸泡作用是形成滑坡的重要因素，地表水的下滲增加了下滑力，軟化了滑動面，使滑坡體產生浮力，大大降低了抗剪強度。地表排水系在滑坡體外修筑環形截水溝以及在滑坡體內修筑放射狀排水溝，地下排水一般是在滑坡體內設置排水平洞或開挖滲溝等。

表1 人工邊坡允許坡度參考值

4.2 抗滑擋土墻

設置擋土墻是滑坡治理經常采用的有效措施之一，對于大型滑坡做為排水、減重等綜合措施的一部分，對于中小型滑坡常與支撐滲溝聯合使用。其優點是破壞山體平衡小，穩定滑坡收效快。

4.3 抗滑樁

以各種形式的樁體嵌入滑動面之下，用以阻止坡體滑動。在樁身材料上分為木樁、鋼管（鋼板）樁、鋼筋混凝土樁等，在布置形式上分為相互連接、相互間隔、相互交錯等排樁，一般適用于淺層及中厚層滑坡。

4.4 鋼筋（鋼索）錨固

不穩定或已出現裂隙的巖體邊坡，當巖石較完整時可以用鋼筋（鋼索）錨固的方法予以處理。錨桿長度一般應穿過滑坡體深入母巖不小于1/3錨桿長度。錨桿制作材料可由具有一定強度的鋼筋束或鋼索組成，其周圍應壓入高標號水泥漿封堵固定，與圍巖連為一體。在必要情況下，可對錨桿（錨索）施加一定的預應力，形成預應力錨桿（錨索）。

4.5 減荷與壓腳

這種處理方法的目的是力求改善邊坡的平衡條件，通過上部減荷以減小下滑力，下部壓腳以增大阻滑力。對于滑動面上陡下緩推移式滑坡，減荷效果較為明顯。當滑動面在坡腳上翹即存在反弧時，則采用壓腳的處理方法其效果較為明顯。當滑動面上下一致甚至上緩下陡時，不宜采用此種處理方法。

5 工程實例

位于甘肅省境內河西走廊某水庫大壩，其上游左岸為一順向邊坡，坡腳巖層已被河流沖刷切斷。邊坡巖層為泥盆系的石英砂巖夾薄層頁巖，頁巖受層間錯動影響呈破碎泥化狀態，構成滑動控制面。巖層走向NE60°～70°，產狀傾向河中，上陡下緩，上部傾角30°～38°，下部傾角18°～30°。坡體位于1350～1436m高程之間，上部寬約150m，沿水面寬約185m，厚度10～13m，總體積約68×104m3。因地質作用而產生的3條斷層將坡體由上而下大致分割成3部分，經野外勘查試驗并參考經驗數據，摩擦系數確定為0.29、0.31、0.48，凝聚力確定為0.1、0.3、0.25，其地質剖面及現場巖體分布情況如圖1所示。

圖1 大壩地質面及現場巖體分布情況

經對該邊坡進行穩定計算，邊坡穩定系數K= 0.92，接近于臨界狀態。通過野外現場勘查，該河段同類邊坡滑動面傾角在30°以上的絕大部分都已滑落，但該段邊坡由于斷層切割和下部巖層平緩，使巖體尚保持穩定狀態。分析研究現場不穩定因素，首先當水庫蓄水后，邊坡下部較平緩的地段將被淹沒，下部受浮托力影響較大；其次隨地下水位升高，滑動面處于長期飽和狀態，抗剪強度將會明顯降低；再者其坡腳巖層已被河流沖刷切斷，具有滑動臨空面。由此推斷水庫蓄水后該邊坡是不穩定的，必須采取有效的治理措施。

鑒于以上實際情況，我們對該邊坡采取了如下治理措施：

（1）清除坡體上部覆蓋層及風化基巖表層，人工削坡約9.6×104m3，通過上部減荷降低下滑力，改善了邊坡的平衡條件；

（2）為防止降雨下滲，惡化邊坡穩定性，在重點區域特別是3條斷裂帶部位采用了澆灌水泥漿液及砂漿護面的處理方法；

（3）沿坡腳修筑了一道長200m的混凝土擋墻，并兼做防波堤之用。此舉不僅有效阻擋了河流對坡腳的沖刷破壞，而且封堵了地下水位對滑動面的浸潤通道，又填補了滑動臨空面，可謂一舉三得，對坡體穩定起到至關重要的作用；

（4）自坡腳開始沿坡面布設施工6排預應力錨索，呈梅花形布置。其排距和錨索間距均為25m，錨索長度根據坡體厚度確定，以穿過坡體滑動面進入穩定基巖面不小于坡體厚度為宜。其施工工序分鉆孔、灌漿、張拉3步，在鉆孔中植入錨索后，用高壓泵注入高標號水泥漿液封堵固定，待凝14d后對錨索進行張拉，施加一定預應力。

通過采取以上措施對該邊坡進行綜合治理，基本上消除了不穩定因素的影響。水庫正常蓄水后，其坡腳及下部較平緩的地段在浸水淹沒情況下，該段邊坡仍然長期處于穩定狀態，取得了較為理想的治理效果。

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P642.22

A

1004-5716(2015)08-0005-04

2014-12-29

2014-12-31

劉海波（1967-），男（漢族），河北保定人，高級工程師，現從事探礦工程、地質災害治理工程、地基與基礎工程施工和管理工作。