邊坡穩定性計算及防治設計

李川鄂 蘇愛軍

(中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

0 引言

三峽庫區自2003年試驗性蓄水以來，顯著改變庫岸的地質條件，特別是庫水的周期性漲落極大影響滑坡體巖土體物理力學性質，滑體經常在飽和與非飽和狀態之間轉換，一些滑坡已處于臨界穩定狀態，若庫水位快速變動時遭遇到強降雨，將極有可能觸發滑坡失穩。中村浩之通過分析水庫滑坡以及實例研究得到，誘發水庫滑坡的主要原因是：浸水導致斜坡穩定性改變，庫水位急劇降低，斜坡內超孔隙水壓力作用，斜坡變得不穩定[1]。王思敬等將水庫滑坡分為兩類，一種是在水庫的水巖作用影響下產生的滑坡；另一種是天然滑坡，無庫水的直接作用，但有時也可因水庫移民開發區的人類活動影響而發生滑動或岸坡大型崩塌[2]。王士天等認為水庫滑坡產生的機制有兩種：一種是潛在不穩定體在庫水位達到敏感水位后滑體內孔隙水壓力分布達到新的平衡過程中產生的滑坡；一種是發生在庫水位消落，特別是快速消落期[3]。Lane and Griffth用有限元分析了庫水位驟降和緩降對滑坡滲流場的影響[4]。Lane通過有限元法研究了不同庫水位下降速率下庫岸邊坡穩定性情況[5]。

杏子樹灣段位于長江支流童莊河左岸。2014年10月，杏子樹灣西側土質岸坡出現坍塌，坍塌長度近60 m，導致桐金公路中斷。三峽水庫蓄水至175 m以后，杏子樹灣東側杏子樹灣滑坡出現變形，導致移民房屋開裂，它的變形隨著時間還在加劇。同時，由于長江水位持續不斷的波動，加上受當地經常暴雨的影響，東側的杏子樹灣滑坡可能隨時失穩。

1 斜坡基本特征

桐金公路杏子樹灣段位于秭歸縣郭家壩鎮桐樹灣村，距離郭家壩鎮約20 km，童莊河在區域內呈自西向東流過。以杏子樹溝為界，杏子樹溝以東桐金公路外側地勢傾向南西，坡度20°～25°；杏子樹溝以西地勢傾向南東，桐金公路內側為柑橘園、梯田，坡度20°～40°，公路外側坡度30°～45°，公路外側修建有擋土墻，擋土墻高2 m～5 m。

現場主要為侏羅系碎屑巖，地表多分布第四系崩坡積層、殘坡積層覆蓋層，基巖為聶家山組(J1-2n)上部為紫色中厚層狀粉砂巖、含礫粘土質粉砂巖，夾少量的灰綠色薄層細砂巖和長石石英砂巖；中部為紫色薄—中厚層狀粉砂巖與灰綠色細粒長石石英砂巖呈不等厚互層；下部為灰綠色薄—中厚層狀粉砂質粘土巖、粉砂巖、長石石英砂巖，夾少量介殼灰巖和紫紅色泥巖、粉砂巖。

2 滑坡穩定性分析與評價

采用傳遞系數法進行穩定性計算，選取西側2—2′剖面、東側6—6′剖面2個典型剖面(見圖1,圖2)，分別在四種不同的工況下計算其穩定性系數。

2.1 計算工況

選取四種典型工況進行穩定性計算：

工況1：自重+道路荷載+水庫壩前175 m靜水位；

工況2：自重+道路荷載+水庫壩前175 m靜水位+10年一遇暴雨；

工況3：自重+道路荷載+壩前水位從175 m降至145 m；

工況4：自重+道路荷載+壩前水位從175 m降至145 m +10年一遇暴雨。

2.2 參數反演分析

根據邊坡的宏觀特征，確定滑坡滑動面飽和狀態下抗剪強度參數反演時的穩定系數取值為0.97～1.0。分別選取剖面2—2′與6—6′作為計算剖面進行參數反演分析，計算方法為傳遞系數法，計算工況為工況1 。根據參數反演分析結果，結合巖土體物理力學試驗及當地經驗，綜合確定巖土體物理力學參數取值(見表1)。

表1 巖土體重度及抗剪強度參數取值

2.3 穩定性系數計算結果

選取西側土質岸坡代表性剖面2—2′剖面與東側杏子樹灣滑坡代表性剖面6—6′剖面作為計算剖面，對各工況下的穩定性進行計算，穩定系數計算結果見表2。

表2 滑坡穩定性系數計算結果

穩定性計算結果表明，杏子樹灣西側土質岸坡工況1和工況2處于不穩定狀態；杏子樹灣東側杏子樹灣滑坡6—6′剖面各工況下處于欠穩定與不穩定狀態。

3 邊坡防治設計

3.1 治理措施

杏子樹灣段路基邊坡防治設計方案治理措施為：桐金公路外側布設抗滑樁，抗滑樁采用方樁，樁截面尺寸寬×高為1.5 m×2.0 m。

3.2 抗滑樁設計抗滑力

計算剖面。

選取代表性剖面2—2′與6—6′剖面作為計算剖面，計算剩余下滑力與主動土壓力。考慮在安全系數為1.15下，用傳遞系數法計算剖面的剩余下滑力，計算得到的各剖面在集中不同工況下的剩余下滑力曲線如圖3所示。

抗滑樁設計抗滑力和主動土壓力計算結果見表3。

表3 剩余下滑力、主動土壓力及抗滑樁設計抗滑力匯總表

3.3 分項工程設計

1)抗滑樁的受力條件。

作用于抗滑樁的外力包括：滑坡推力、受荷段地層(滑體)抗力、錨固段地層抗力、樁側摩阻力、粘著力以及樁底應力。

滑坡推力作用于滑面以上的部分的樁背上，作用力的方向假定與滑面的方向是一致的。假定每根樁所受的滑坡推力是一個樁距(樁中心向左右分別延伸0.5倍樁距)范圍里的滑坡推力的大小。推力的分布及作用點的位置與滑坡的類型、部位、地層性質、變形情況及地基系數等因素有關。對于液性指數較小、剛度較大和密實度較大的滑體，滑體的速度從頂層到底層大致是一樣的，故可假定本滑面以上滑體作用于樁背的推力分布圖形是矩形。

根據穩定性分析、剩余下滑力以及主動土壓力的計算結果如表3所示設計抗滑樁。

2)抗滑樁的工程布置。

桐金公路杏子樹灣段外側布設抗滑樁，抗滑樁為方樁。抗滑樁樁頂高程180.50 m，樁中心間距5.0 m，樁截面寬×高為1.5 m×2 m，樁長17 m，嵌入深度6.5 m。

3)抗滑樁內力計算。

抗滑樁按抗彎構件設計，滑動面以上的樁身內力根據滑坡推力和樁前滑坡抗力計算。按“K”法計算抗滑樁的彎矩和剪力。

6—6′剖面的最大彎矩為24 075.727 kN·m，距離樁頂11.526 m，最大剪力為6 110.84 kN，距離樁頂16.658 m；2—2′剖面的最大彎矩為13 790.863 kN·m，距離樁頂8.914 m，最大剪力為5 672.285 kN，距離樁頂12.244 m。

抗滑樁縱向受彎鋼筋為HRB400級Φ32鋼筋，架立筋為HRB400級Φ25鋼筋，箍筋為HPB300級Φ14鋼筋。

計算得到需要的鋼筋數量，且驗算其承載力要求。配筋如下：

抗滑樁樁背側的縱筋數量45根，面側縱筋數量8根，且背側采用分級配筋，距樁底0 m～12.5 m布45根縱筋，距樁底12.5 m以上布9根縱筋，都采用四肢箍，箍筋間距100 mm。

4 結語

我國是一個自然災害如此頻發的國家，在極易誘發邊坡問題的地區進行基礎建設的時候，要有意識地考慮到是否存在邊坡問題的隱患，對滑坡頻發的地區應該采用相應的監測手段，隨時監測滑坡的變形情況，實時防護，突發情況立即采用應急措施，減少災害造成的損失，避免其發生嚴重的后果，在建設過程中一定要盡可能避免因人為因素誘發滑坡。