某公路滑坡滑動機制及加固設計方案研究

周 剛

(核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610031)

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·巖土工程·地基基礎·

某公路滑坡滑動機制及加固設計方案研究

周 剛

(核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610031)

以西南地區某公路滑坡為例，采用離散元方法研究得出了其滑動機制具有典型的滑移—拉裂—剪斷“三段式”機制特征，利用傳遞系數法進行滑坡穩定性計算，從而設計出抗滑樁方案和抗滑樁+前緣棄渣填筑方案，最后經過各方面的比較，得出了抗滑樁+前緣棄渣填筑為本滑坡治理的最優方案。

滑坡，滑動機制，離散元方法，傳遞系數法

0 引言

我國是世界上滑坡災害最為嚴重的國家之一，嚴重的滑坡災害不但給當地居民帶來生命和財產的巨大威脅，而且對公路、鐵路等交通設施的安全運營造成嚴重影響[1-5]。對滑坡進行有效治理的前提是對滑坡的滑動機制和穩定狀態進行合理地分析。

滑坡的穩定性狀態分析方法有很多種，大致可分為定性方法和定量方法兩大類[6]。定性方法通常包括工程類比法、專家系統分析法、諾模圖法、赤平極射投影圖法等；定量方法通常包括極限平衡法、數值分析方法等等，其中數值分析方法通常包括有限元法、離散元法、邊界元法等，這種方法對于大型的、復雜地形地質條件下的滑坡穩定性分析十分有效。

1 工程概況

西南地區某公路Kxx+928～Kxx+065段經地質勘察認為坐落于一厚層、多期、多級序的大型古滑坡體之上，如圖1所示。該滑坡主軸走向N25°E，與線路基本正交，滑坡長度約220 m，寬度約100 m～200 m，總厚度為10 m～23 m，總體積約48萬m3。該滑坡體分兩層，呈上部較陡、中下部較平緩的趨勢。上部滑體物質以基巖巖塊為主，后緣順基巖面，為順層基巖滑坡；中下部滑體物質以塊石土為主，為堆積層滑坡，前緣及下部左側靠近沖溝，略微向前鼓出。

地質勘察結果認為目前滑坡體上未見變形跡象，整體處于基本穩定狀態，但穩定程度不足，在后期人工活動、降雨及其他因素作用下都有可能出現失穩，因此需詳細研究治理。

2 數值模擬分析

2.1 假定條件

為了研究該滑坡的滑動機制，采用離散元軟件UDEC對滑坡的穩定狀態進行了分析。計算模型采用如圖1所示的Kxx+970處滑坡主軸斷面，計算模型如圖2所示。

2.2 計算參數

計算參數包括塊體參數和滑動面參數。塊體的本構模型采用Mohr-Coulomb理想塑性模型，塊體計算參數按地質勘察建議的參數取值，部分參數取值參考了文獻[7]，[8]，如表1所示。

表1 塊體計算參數

潛在滑動面的本構模型采用有殘余強度的Coulomb滑動模型，其強度參數按地質勘察建議的參數取值，法向剛度kn和切向剛度ks按文獻[9]中的方法進行計算，即:

潛在滑動面的計算參數如表2所示。

表2 潛在滑動面計算參數

2.3 計算結果分析

計算過程中僅考慮自重。模型的約束條件為：左右兩側邊界水平約束，底側豎向約束。

2.3.1 第一主應力

計算得到的第一主應力σ1分布如圖3所示。

2.3.2 第三主應力

計算得到的第三主應力σ3分布如圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，整個區域的σ1和σ3均以壓應力為主。最大壓應力位于模型右側底部，最大值約為2.4 MPa。上部滑體和下部滑體中的壓應力均較低，均在1.0 MPa以下。在上部滑體頂部出現較多區域的σ3值小于0，說明此區域內出現了拉應力。

2.3.3 塑性區

計算得到的塑性區分布如圖5所示。

從圖5可以看出，計算穩定后整個區域的塑性區主要集中在上部滑體頂部受拉區，以拉屈服為主。

2.3.4 滑動機制

計算得到的潛在滑面滑移分布如圖6所示。

從圖6可以看出，下部滑體的整個潛在滑動面及上部滑體的大部分潛在滑動面都出現了滑移。根據離散元理論，潛在滑動面產生滑移是由于其上的切向應力超過了剪切強度所致。

根據上述力學分析，可將該滑坡的滑動機制歸結為典型的滑移—拉裂—剪斷“三段式”機制：1)該邊坡形成過程中，由于整體的卸荷回彈，驅使邊坡通過坡腳的潛在滑動面發生回彈、錯動，性質出現劣化，并在坡頂形成拉張應力區，出現后緣拉裂；2)潛在滑動面性質改造完成后，坡體在自重應力的長期持續作用和驅動下，沿潛在滑動面發生持續的蠕滑變形，并導致坡體后緣拉裂的向下擴展，從而形成前緣的蠕滑段和后緣的拉裂段；3)當后緣拉裂加深到某一深度時，“鎖固段”的應力積累將使這部分巖體進入累進性破壞階段，并最終剪斷鎖固段，發生突發的脆性破壞。

結合滑動機制和力學分析結果表明，下部滑體的滑動面全部出現了滑移，已進入了剪斷的危險階段，但由于底部潛在滑動面十分平緩，故堆積體蠕滑速度極慢；而上部滑體滑動面尚未完全貫通，目前存在部分“鎖固段”。

3 滑坡治理方案設計

3.1 滑坡穩定性計算

采用GB 50330—2002建筑邊坡工程技術規范中規定的傳遞系數法進行穩定性分析，計算過程中利用表1的參數，計算得到的各潛在滑面的穩定系數如表3所示。其中滑帶的參數取值為：重度γ=19 kN/m3，黏聚力C=15 kPa，內摩擦角φ=12°。

表3 潛在滑動面穩定系數計算結果

根據傳遞系數法的計算結果，可以得到如下結論：

1)上部滑體穩定性檢算，Kxx+928斷面處的穩定系數為0.997 4，處于不穩定狀態，需要采取加固處理。

2)下部滑體在上部滑體穩定(加固穩定后)的情況下，Kxx+928斷面和Kxx+970斷面的穩定系數略大于1，處于基本穩定狀態，但不滿足規范對滑坡安全系數(1.15)要求。

3.2 設計方案及比選

設計考慮了兩種抗滑樁及抗滑樁+前緣棄渣填筑可行方案：

1)抗滑樁方案：上部滑體在Kxx+920～Kxx+962范圍內設置抗滑樁加固，加固長度為42 m，布置8根抗滑樁，樁間距6 m；下部滑體在Kxx+920～Kxx+010范圍內設置抗滑樁加固，加固長度為90 m，布置16根抗滑樁，樁間距6 m。

2)抗滑樁+前緣棄渣填筑方案：上部滑體仍設置抗滑樁加固，設置方式同抗滑樁方案；下部滑體采取前緣棄渣填筑，即利用附近隧道棄渣填筑在滑坡體前緣溝渠內，對滑坡體坡腳形成反壓以提高下部滑體的穩定性，填筑高度經計算只需達到3.95 m即可保證滑坡的穩定安全系數達到1.15，如圖7所示。

對比上述兩種方案，可以得到如下結論：

1)從治理效果來看，根據計算分析結果兩種方案均可以達到穩定滑坡體的目的。

2)從施工難度而言，抗滑樁方案遠比抗滑樁+前緣棄渣填筑方案所需施工的抗滑樁多，這需要更多地擾動滑坡體，這對于滑坡體的穩定性是不利的。此外，鉆孔樁施工難度較大，尤其是本工程中采用了較長的抗滑樁，從這一點看，抗滑樁方案遠比抗滑樁+前緣棄渣填筑方案施工難度大。

3)從經濟效果來看，抗滑樁造價采用鋼筋混凝土，造價很高，而棄渣填筑僅有很低的施工成本，而且節省了額外的棄渣處理費用，因此抗滑樁+前緣棄渣填筑方案遠比抗滑樁方案造價低。

4)從環保角度來看，抗滑樁+前緣棄渣填筑方案一定解決了附近隧道開挖形成的大量棄渣堆砌影響環境的問題，這對于保護環境是極為有利的。

綜合上述各種分析，顯然，采用抗滑樁+前緣棄渣填筑方案是最優方案。

4 結語

通過對西南地區某公路Kxx+928～Kxx+065段滑坡體的分析，可得出以下結論：

1)采用數值方法結合傳統的傳遞系數法，可以有效地分析滑坡的滑動機制，在此基礎上制定合理的加固治理措施。

2)本工程滑坡的滑動具有典型的滑移—拉裂—剪斷“三段式”機制。其中下部滑體已進入剪斷的危險階段，但由于底部潛在滑動面十分平緩，故堆積體蠕滑速度極慢；而上部滑體滑動面尚未完全貫通，目前存在部分“鎖固段”。故對滑坡的治理是十分必要的。

3)綜合各種考慮，采用抗滑樁+前緣棄渣填筑方案因地制宜，既能減小施工難度和造價，又能保護環境，是最優的設計方案。

[1] 李 娜.云南省山崩滑坡堵江災害及其對策[M].滑坡文集(第九集),1992:50-55.

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[3] 王思敬.工程地質學的任務與未來[J].工程地質學報,1999,7(3):195-199.

[4] 段永侯.中國西部地質災害現狀、趨勢和對策[J].經濟研究參考,2000,58(2):12-18.

[5] 蔣承菘.中國地質災害的現狀與防治工作[J].中國地質,2000(4):3-5.

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[7] 顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊,等.地基與基礎[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

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Study on sliding mechanics and reinforcement design schemes for a road landslide

Zhou Gang

(Muclear Industry Southwest Surrey & Design Institure Co., Ltd, Chengdu 610031, China)

A road landslide in southwest region of our country is studied and a typical sliding mechanism with three stages of slip-pulling apart-cutting through is found by using the distinct element method. Then transfer coefficient method appointed is used to analyze the stability of the landslide and two design schemes of slide-resistant pile and slide-resistant pile with frontal zone filling with waste slags are proposed for controlling the road landslide. Finally, after comparison, the latter scheme of slide-resistant pile with frontal zone filling with waste slags is chosen for the best treatments for the landslide.

landslide, sliding mechanism, distinct element method, transfer coefficient method

1009-6825(2017)16-0063-03

2017-03-03

周 剛(1978- )，男，博士，高級工程師

P642.22

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