某山區滑坡穩定性評價及治理方案

■巫海明

（三明市公路橋隧保障中心，三明 365001）

邊坡代表了特別廣泛的地質和地貌環境。 在自然因素和人為因素的影響下，邊坡易出現不穩定。破壞的主要形式有邊坡地表變形、滑坡、泥石流等[1]。邊坡的變形和破壞是災難性的，它直接或間接地造成水土流失、洪水等災害，帶來人員傷亡和財產損失。 本文通過考察某山區滑坡情況，查閱大量的技術資料，基于現場勘察與測繪資料分析邊坡的結構特征、變形趨勢、滑動成因，并對滑坡穩定性進行分析，制定可行的治理方案，不但對某山區滑坡治理具有現實參考意義，對今后解決類似的滑坡問題也具有借鑒意義。

1 工程概況

該滑坡位于某山區公路一側，滑坡平面形態呈“近扇形”，后緣高程約517 m，前緣高程約452 m；最大高差約65 m，斜長約110 m，前緣寬度約180 m，后緣寬度約35 m， 潛在滑坡體上部土體厚度約10 m，面積約6000 m2，滑坡土體體積約60000 m3。該滑坡尚處于不穩定狀態，嚴重威脅著滑坡體下方公路的行車及行人的生命財產安全。

2 地層分布及滑坡成因分析

滑坡區地層較為簡單，主要為三疊安仁組系粉砂巖，自上而下分為：（1）殘坡積粘性土夾碎石：灰黃色，以粘粒、粉粒為主，夾少量強風化粉砂巖碎石，分布在坡頂，厚度3～5 m；（2）碎塊狀強風化粉砂巖：灰黃色、紫色，薄層狀結構，碎塊狀構造，巖質軟，手可折斷，錘擊亦碎，節理裂隙極發育，巖芯呈碎塊狀，夾泥質粉砂巖，上部分布薄層狀砂土狀強風化粉砂巖，局部地段鉆探漏水現象，采取率較低；（3）中風化粉砂巖：灰黃色、紫紅色，薄層狀結構，碎塊狀構造，巖質較硬。 節理裂隙發育，主要裂隙軸夾角40°～45°不等，硅質、鈣質充填膠結。 巖體較破碎，巖芯呈短柱狀，滑坡后緣產狀，前緣左側產狀，前緣右側產狀。

淺層滑坡體多條張拉裂縫，均在殘坡積層夾碎石土層及強風化巖層中，由于風化劇烈，節理裂隙發育，造成坡體的殘坡積層夾碎石土層及強風化巖層在降水及地下水的作用下，下滑力增加，坡體巖、土層強度進一步降低， 導致坡體在自身重力作用下，沿傾向坡面向節理組合面滑動。 按地層情況對滑坡體布置1―1′、2―2′、3―3′剖面圖進行分析，1―1′、2―2′剖面存在滑動面，3―3′剖面是正常地層，如圖1～3 所示。

圖1 1―1′剖面刷方示意圖

圖2 2―2′剖面刷方示意圖

圖3 3―3′剖面刷方示意圖

3 滑坡穩定性分析及評價

3.1 滑坡穩定性計算

（1）計算參數、工況

根據現場取樣試驗及結合當地以往經驗，該山區滑坡為不涉水區域， 采用2 個工況下的參數取值，見表1。

表1 計算參數及工況

（2）分析計算

針對1—1′、2―2′、3―3′現有剖面和將要開挖的最終形態剖面，利用GEO-SLOPE 軟件算得2 種工況下滑坡體在的穩定系數，計算結果見表2。

表2 滑坡穩定性計算結果

根據計算結果可知，影響滑坡穩定性最重要的外部因素是降水。 雨天工況下，邊坡剖面的穩定性系數下降，滑坡穩定性明顯降低。 與正常工況相比，雨天工況下的整體穩定性降低幅度達0.22～0.25。連續的強降雨會導致滑動面形成“水路”，增大滑坡體的質量，裂縫進一步增大變長，從而降低抗剪強度，最終導致滑坡體滑動。

3.2 基于FLAC3D 的邊坡滑坡數值模擬

土壤入滲場與應力場相互作用。 首先，過濾場的變化導致過濾液強度和滲透壓的變化，從而改變土壤所承載的外載荷，進而改變土壤中應力場的分布。 其次，應力場的變化改變了體積變形，進而改變了內部構件的孔隙率，并改變了入滲系數，最終改變了土壤的入滲場[2]。 土壤的應力狀態是入滲場和應力相互作用和影響的結果，是一個與最終平衡相關的動態過程。 因此，入滲場和應力場的聯合分析對邊坡穩定性具有重要意義。

（1）滑坡上復雜地質體的3D 建模

數值滑坡建模需要先獲得各種基本的邊坡結構及數據，包括地形、等高線圖、剖面、勘測數據、地質勘測數據或各種實驗物理力學參數范圍[3]。 基于已知數據創建更精確的數值模型，滿足模型可視化和模擬精度的要求，再使用FLAC3D 流固耦合模塊進行滑坡變形模擬，得到更精確的計算和模擬結果。

（2）計算結果

以剖面2―2′為例，模擬連續降雨時滑坡過程，滲流工況下的滑坡位移云圖和應力云圖如圖4、5所示。

圖4 滲流工況下的滑坡位移云圖

圖5 滲流工況下的滑坡應力云圖

3.3 滑坡穩定性分析

根據云圖可以看出，隨著不斷滲流，位移、應力主要集中在滑坡的中上部，塑性區廣泛分布于堆積的表土中，滑坡體處于不穩定狀態。 一般來說，土壤飽和導致在持續強降雨條件下土壤力學性質迅速下降。 與此同時，邊坡內的水柱急劇上升，水壓急劇上升[4]。 在疏浚過程中，靜水壓力變為上方巖石的動水壓力，滑動面或風化界面上的這部分土體應力趨于增大。 如果疏浚不及時，地面會產生大量的水壓，將水集中在這部分土體的前緣，直接加速該部分土體的變形和破壞。 由于大量雨水的不斷入滲，入滲場不斷與自身的應力場相互作用，降低滑坡的穩定性。 因此，在滑坡的處理過程中，應重視因連續降雨滲流而降低土壤穩定性的因素，縮短雨水在地表的停留時間，以提高連續降雨期間滑坡的穩定性。 利用FLAC3D 軟件模擬連續降雨對滑坡影響的位移云圖，與之前滑坡的監測結果相比，模擬條件基本滿足。 由于GEO-SLOPE 軟件只能計算出滑坡的穩定系數和安全系數，因此采用流固耦合模塊FLAC3D 模擬連續降雨滲流對滑坡的影響，取得的位移、損壞位置等數據可以作為滑坡治理的參考。

4 滑坡綜合治理方案及治理效果

4.1 治理方案

根據滑坡地層性質、成因及穩定性分析，結合滑坡的實際情況，采用預應力錨索框架梁的治理措施，對滑坡潛在滑面的干擾更小，修正速度更快[5]。該邊坡坡度陡峭，巖石凹凸不平，如果采用防滑樁工程，施工難度大，工期長，工程造價高。 經過比選，在綜合分析該滑坡治理工程方案的基礎上，最終采用預應力錨索框架+掛網錨噴+植草+截排水溝的方式進行滑坡治理。 采用刷方減重，同時第一級至第三級邊坡采用掛網噴射C20 小石子砼防護，第四級至第七級邊坡采用預應力錨索框架及框架間TBS植草防護，對第八級邊坡采用TBS 植被防護，如圖6、7 所示。 具體施工措施如下：

圖6 防護平面圖

圖7 2—2′斷面防護圖

（1）邊坡刷方。 第一級至第五級邊坡坡率1∶0.75～1∶1，第六級邊坡坡率1∶0.75～1∶1.25，第七級邊坡坡率1∶1～1∶1.25，第八級邊坡坡率1∶1.13～1∶1.53；每級邊坡設置寬度為2 m 的平臺。各級平臺設置平臺水溝，平臺水溝采用C20 素砼澆筑或錨噴U 型溝，平臺表面采用厚度為8 cm 的C20 素砼封面或掛網錨噴；（2）錨噴工程。 第一級至第三級邊坡：采用掛網噴射C20 小石子砼；（3）錨固工程。 第四級至第七級邊坡：共采用28 片預應力錨索框架+框架內TBS 植草防護；（4）TBS 植被防護。 第八級邊坡：采用TBS 植草防護；（5）排水工程。 在第一級及第二級邊坡距坡腳高50 cm 處設置平孔排水，間距5 m。 按原尺寸修復邊溝，并加高溝墻回填種植土進行綠化。 每一級邊坡均設置急流槽和平臺水溝，在刷方邊界后方3 m 新建C20 截水溝。

4.2 治理效果

根據邊坡滑坡穩定性計算結果，在雨天工況下坡腳處剪力較大，穩定性較差，正常工況下各剖面基本穩定。 對經過處治的邊坡進行穩定性分析評價，結果顯示1—1′剖面的穩定性系數為1.67，2―2′剖面的穩定性系數為1.65，3―3′剖面的穩定性系數為1.62，滿足規范規定的安全系數為1.35。 從計算結果可以看出，邊坡穩定性有較大提高，治理后邊坡處于穩定狀態， 可見采取的預應力錨索框架+掛網錨噴+植草+截排水溝的治理方案是合理可行的。 經過兩年多的持續觀測，該滑坡體未發生崩塌、滑坡和泥石流等地質災害，從實踐得出對該滑坡體的治理措施取得了良好效果。

5 結論

針對某山區滑坡失穩， 研究了滑坡變形機理，分析了滑坡穩定性， 提出了全面的滑坡治理方案。由此得到以下幾點結論：

（1）應開展邊坡滑動區基巖力學參數試驗，合理選取計算參數。 同時，應利用好力學分析軟件，為滑坡治理工程提供確切信息，奠定堅實的基礎。

（2）由于每個項目的實際地質條件不同，建立的3D 數學模型可能存在差異， 耦合模擬得出的結論可能并不真正準確。 如有可能，應加強對處理設計和實際施工效果的審查，以提高不穩定邊坡處理的合理性、有效性和可行性。 治理方案設計和實施應根據實際情況及時修正和改進。

（3）滑坡一般在雨季后形成，在易發生滑坡地段，應加強監測，提前做好預報，提早組織人員疏散和財產轉移，做好交通改線或管制，確保行車行人及就近財產安全。 滑坡區域內的水是引起滑坡體失穩下滑的主要原因，為此，在滑坡治理工程設計計算和工程布設中要充分考慮到這一因素，并以疏排地表及地下水作為治理工程設計的重點。

（4）滑坡治理是一項復雜的工程，經常采取多種措施相結合來實現對滑坡的整治，以取得較好的治理效果。 該山區滑坡治理根據實際滑坡體情況和前期參數的分析結果， 選擇預應力錨索框架+掛網錨噴+植草+截排水溝的治理方案，治理后滑坡體沒有發生滑移，處于穩定狀態，可為山區滑坡治理提供借鑒。