巖土工程邊坡穩定性分析及治理措施

羅大海

（福州龍林工程技術有限公司，福建 福州 350000）

本次巖土工程需要分析及治理的地質災害有兩個，分別為位于尤溪縣后山路6號至6-7號西側人工邊坡（命名為邊坡一）和位于北門路8號至8-3號房后人工邊坡（命名為邊坡二）[1]。其中邊坡一的地理特征為海拔12m～15m，治理范圍為55m2，主要由開挖邊坡和填土邊坡構成，開挖邊坡采用漿砌塊石護面墻支護，填土邊坡采用干砌塊石護面墻支護，護面墻坡度約70°～75°，填土區域已產生護面墻局部臌脹，地面開裂、不均勻沉降、局部掏空導致塌陷，房屋墻體開裂、不均勻沉降等變形跡象。在降雨條件下，雨水繼續下滲，軟化、掏空填土，潛在引發護面墻失穩，地面塌陷等，繼而引發坡頂房屋倒塌的可能，嚴重威脅坡頂7戶25人及坡腳居民的生命財產安全。邊坡二高約4m～15m，坡度約60°～75°，治理范圍約60m，邊坡受強降雨影響，已多次發生崩塌災害，方量10m3～80m3，所幸未造成人員傷亡。現狀邊坡高陡，坡面未采取任何防護措施，同時周邊未設置完善的截排水系統，在降雨條件下，邊坡坡面受雨水及坡面流的沖刷作用，仍存在產生崩塌災害的隱患，且坡腳房屋的坡墻距小，嚴重威脅著坡腳8號至8-3號房屋居民、行人及坡頂房屋居民的生命與財產安全。針對該危險區域，原尤溪縣國土資源局于2017年委托中化地質礦山總局福建地質勘查院編制完成《福建省三明市尤溪縣城關北門社區--沈塔社區滑坡、崩塌群治理工程可行性研究報告》，并報原國土資源部申請治理項目資金補助，資金于2017年底下達[2]。為了徹底根治該地質災害，2020年1月受尤溪縣城關鎮人民政府的委托，中化地質礦山總局福建地質勘查院對福建省三明市尤溪縣城關北門社區-沈塔社區滑坡崩塌群進行治理工程詳細勘查工作，其分析結果如下所示。

1 巖土工程邊坡穩定性分析

1.1 邊坡穩定性定性分析

通過針對兩個地區地形地貌特征、人類工程活動影響、巖土體特征和降雨量四個方面的實現勘察，判定兩個邊坡的定性穩定性[3]。首先是針對邊坡一穩定性的定性分析：其內部為開挖邊坡和填土邊坡兩種邊坡類型；其中開挖邊坡坡面采用素噴混凝土支護，但由于其質量問題，現狀局部混凝土已脫落，開挖邊坡的護面墻現狀未見明顯變形跡象；而填土邊坡采用護面墻支護，但由于填土未經充分夯實處理，其結構松散，易產生不均勻沉降側向位移，產生地面開裂、下沉，導致房屋墻體、圍墻開裂。與此同時，由于邊坡一的護面墻未經專項設計施工，自身穩定性較差，受填土主動土壓力的作用，產生局部臌脹變形，所以在降雨量大的季節中，大量雨水匯集并下滲產生潛蝕作用，引起填土流失、掏空，產生地面沉降、地面塌陷的自然災害的發生。因此，相比之下，邊坡一中開挖邊坡的整體穩定性較好，開挖邊坡的護面墻穩定性較好；而填土邊坡穩定性較差，填土邊坡的護面墻穩定性較差。其次為針對邊坡二穩定性的定性分析：邊坡二為形成地質災害的原因主要由于人工過度開挖，而出現了高陡邊坡和坡面裸露的高風險地質環境；其中出露巖土體主要為全分化～砂土狀強風化粉砂巖；地層現狀為主要表現為340°∠30°的內傾結構面，其對邊坡穩定性影響小，但邊坡發育不規則分布的兩組節理裂隙其產狀為S1：325°∠80°、S2：80°∠25°且延伸度短、發育程度一般。邊坡二在強降雨情況下，由于土體在雨水、坡面流強烈的沖刷及雨水入滲軟化土體共同作用下，抗剪強度減小，沿風化層中的殘余不利結構面產生崩落、滑落，形成崩塌災害。因此針對邊坡一的定性情況，邊坡二整體具體更好的整體穩定性，但是局部穩定性較差。

1.2 邊坡穩定性定量分析

在分析了兩個邊坡穩定性的定性成分之后，接下來為兩個邊坡的定量分析，即兩個邊坡穩定性的計算。根據邊坡的定性分析內容可將邊坡一分為1-1、2-2、3-3三個剖面類型；邊坡二也分為3-3、4-4、5-5三個剖面類型；進而將兩個邊坡穩定性的計算簡化為針對六個剖面的整體與局部穩定系數的計算。要想完成針對剖面穩定系數的計算，需要看靠《巖土工程勘察規范》中的相關數據，找到兩個邊坡各剖面中的天然重度(r)、抗剪強度(Ck、φk)、地基承載力特征值(fak)、土體與錨固體粘結強度極限標準值frbk、巖土對擋墻基底摩擦系數μ等參數。根據影響邊坡穩定性的各種因素，推薦的巖土物理力學性能指標進行穩定性分析，對各剖面采用簡化Bishop法自動搜索最危險滑裂面、指定出入口搜索滑裂面、赤平投影進行穩定性整體及局部驗算。驗算時土層的抗剪強度分別采用直接快剪試驗（天然狀態）和飽和快剪（飽和狀態）試驗C、φ指標進行計算，針對剖面的結構簡圖以及計算剖面穩定性系數的具體公式，如下所示：

圖1 為邊坡剖面的結構簡圖

式中：Ks為整個邊坡的理論穩定值；r為邊坡天然重度；V為邊坡整體體積；V'為邊坡的部分體積；A為邊坡的底面積；為邊坡底部傾角；Ci為每個剖面對應的快剪試驗常數；φ為飽和快剪度；σ為抗剪強度；Ti為地基承載力特征值；u為巖土對擋墻基底摩擦系數；Fi為每個邊坡的整體穩定系數；Fi'為每個邊坡的部分穩定系數。

通過計算結果可知：在極端氣候條件下，邊坡穩定系數減小，局部填土邊坡處于欠穩定狀態，整體處于基本穩定狀態，但局部根據赤平投影分析，易沿不利結構面產生崩塌現象，這與定性分析一致。

2 邊坡的治理措施

2.1 欠穩定狀態的治理措施

針對邊坡欠穩定狀態的治理措施主要是通過坡形法在邊坡中設計支護設備，得以完成，其主要治理過程如下所示：首先需要通過測量邊坡一的高度以及坡角大小，以便完成針對邊坡整體的加固工作，從而使邊坡提高自身穩定性；其次為根據物理學原理，分析邊坡在所處環境中其滑動面的下滑力和阻滑力與安全狀態之間的差距大小；然后為針對邊坡中地表水、地下水的治理階段，將會導致邊坡中土體變形、滑移的過多地下水資源，通過截、疏、減、排四個方式，進行有效的治理；最后為針對欠穩定性邊坡的加固環節，主要通過添加一些支擋結構，其中添加的支擋結構主要有擋土墻、抗滑樁、預應力鋪索這三個類型，從而增強坡體的抗滑力。

2.2 易崩塌現象的治理措施

針對易崩塌現象的治理措施，則需要依靠制作抗預應力錨桿格構做支護措施的方法來實現，其主要治理過程如下：首先預應力錨桿格構可在邊坡表面的坡洪中堆積一些碎石有效控制邊坡的變形，從而防止其表面由于較為松散或受雨水沖刷侵蝕，而出現坡面變形的現象；其次預應力錨桿格構可以在內部采用漿砌片石護坡，防止輔以仰斜排水孔、泄水孔排水坡體表面沖刷嚴重，從而增加坡體穩定性；然后預應力錨桿能夠充分地發揮巖土體的自身潛力，調節和提高巖土體的自身強度和自身穩定的能力，并且能夠減輕支護結構的自重，節約工程材料，并能保證施工的安全和穩定；最后預應力錨桿加固土質高邊坡，由預應力錨桿提供的錨固力可以增加抗滑力，緊固滑體。由于預應力錨桿通常是外端固定于開挖面上，另一端錨固在穩定的巖土體中，利用水泥與其表面產生的抗滑阻力，抵抗巖塊裂縫的位移，可以提高邊坡的整體穩定性。

3 結束語

本文以福建省三明市尤溪縣城關北門社區-沈塔社區為調查對象，重點分析了巖質邊坡的穩定性，并提出了針對性的治理措施。不僅為改善該區域的地質情況提供了有效方法，也為我國針對邊坡的治理工作，提供一定程度上的參考與幫助。當前，我國巖土工程邊緣穩定性在很大程度上影響著工程建設質量和安全性，因此需要對其進行分析以及采用合理的措施，從而才能有效的降低滑坡、崩塌以及泥石流等地質災害對我國居民的生命和人身財產安全的影響。