膨脹土滑坡深部位移監(jiān)測與分析＊

張新生

(中鐵十二局集團有限公司，山西太原 030024)

膨脹土滑坡深部位移監(jiān)測與分析＊

張新生

(中鐵十二局集團有限公司，山西太原 030024)

利用測斜儀和PVC測斜管對試驗工點膨脹土滑坡的深部位移進行監(jiān)測與分析。監(jiān)測結(jié)果表明:該工點膨脹土滑坡滑動面較淺，位于坡面下3.5～5.5 m;滑動帶含砂率較高，地下水和雨水下滲導(dǎo)致該層土的黏聚力和摩擦角減小，這是出現(xiàn)滑坡的重要原因;淺層坡殘積膨脹土與下層全風(fēng)化泥巖的分界面處形成了隔水層，降雨量大時滑動土體出現(xiàn)較大的塑流性移動，極易超過測斜管的變形極限。

膨脹土;滑坡;位移監(jiān)測;PVC測斜管變形性質(zhì)

膨脹土主要的黏粒成分是蒙脫石、伊利石、高嶺土等親水性礦物，具有明顯的失水收縮和吸水膨脹特性，裂隙發(fā)育，而由膨脹土引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害給人類帶來了極大的災(zāi)難。膨脹土滑坡則是典型的難以治理的地質(zhì)災(zāi)害之一。膨脹土所具有濕脹干縮、超固結(jié)和裂隙發(fā)育的“三性”特點，使得膨脹土滑坡受降雨的影響極大且難以治理［1－3］。

邊坡深部位移監(jiān)測是滑坡監(jiān)測中最重要的內(nèi)容，它直接反映坡體的移動和演化規(guī)律，并確定滑動面［4］。本文以湘桂鐵路柳州至南寧段擴能改造工程(簡稱柳南線)D1K736+915－D1K737+400膨脹土路塹邊坡為工程背景，在支擋結(jié)構(gòu)施工前利用測斜管監(jiān)測邊坡的深部位移，以確定滑動面的位置及位移的大小和方向，為邊坡支擋結(jié)構(gòu)及下方線路的安全施工提供依據(jù)。

1 工程概況

1.1 氣候條件

試驗工點位于廣西省南寧市興寧區(qū)。南寧屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，陽光充足，輻射強，熱量大，導(dǎo)致膨脹土邊坡土體裂隙高度發(fā)育;同時雨量充沛，年降雨量1 300 mm左右，其中4月～9月間降雨量占年降雨量的75%左右;雨季正好與熱季重疊。在雨季，大、暴雨過于集中，而本試驗工點的施工期正好經(jīng)歷了這段時間，給施工和監(jiān)測帶來了極大的困難。

1.2 地質(zhì)條件

本段路塹，最大開挖高度約9 m，邊坡表層為坡殘積弱膨脹土，土層性狀為:粉質(zhì)黏土，褐黃色，褐灰色，硬塑狀，有砂感，分布于丘坡緩坡地段，厚2～8 m，為弱至中等膨脹土;以下依次為全風(fēng)化層(呈土狀或砂狀，本層中泥巖為弱膨脹巖)、強風(fēng)化層泥巖夾泥質(zhì)砂巖和弱風(fēng)化泥巖。

在表層膨脹土層與全風(fēng)化層的分界面或過渡層中，含砂率極高，局部地段為全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，該過渡層位于膨脹土的氣候作用層附近，在地下水的沖刷和滲透作用下極易發(fā)展為滑坡的滑動面。

1.3 滑坡特征

在按坡率1∶1.75刷坡開挖至樁頂設(shè)計高程以后，經(jīng)過幾次強降雨過程后出現(xiàn)局部滑坡，由于時值雨季和熱季重疊，多次降雨之后，滑坡逐漸向上發(fā)展形成牽引式滑坡。在滑坡體后緣已清晰可見灰白色滑動面，滑床為全風(fēng)化弱膨脹性泥巖。其中D1K737+220～D1K737+265區(qū)段范圍內(nèi)為塌陷區(qū)，平均塌陷深度為1.5 m，該區(qū)域土體完全失去整體性，對下方支擋結(jié)構(gòu)和線路威脅性極大。滑坡體主軸與線路前進方向大約為60°夾角，滑坡后緣與前緣高差24.84 m。

邊坡原方案為一級邊坡，采用抗滑樁+錨桿框架梁支護;出現(xiàn)滑坡后，設(shè)計方案變更為兩級邊坡，增加一排抗滑樁，坡率從1∶1.75 變更為1∶2.5。

圖1為滑坡斷面示意圖。

圖1 滑坡斷面示意圖Fig.1 Cross－ section diagram of landslide

2 深部位移監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測方法及原理

邊坡深部位移監(jiān)測廣泛采用的方法是在擬定的監(jiān)測點布置測斜管。測斜管底部要放在穩(wěn)定的巖層中，保證測斜管的底部不發(fā)生水平位移和沉降。測斜管大多采用PVC管，其測量位移的原理如圖2所示。在擬定位置布置好測斜管后，在管內(nèi)放入一個固定長(標(biāo)距一般為0.5 m)的探頭，測頭沿管中導(dǎo)槽緩緩滑動。測斜管與被測坡體同步傾斜，通過向上或向下移動探頭，就能測出相應(yīng)位置測斜管的傾斜角度。通過這種方法可以得出測斜管上的任意一點相對于管底的位移大小。

圖2 測斜管測斜原理示意圖Fig.2 Principle diagram of inclinometer pipe

2.2 測點布置

由于監(jiān)測方案形成以前，試驗工點處路塹邊坡已經(jīng)出現(xiàn)滑坡，且當(dāng)時正值雨季，表層土體散碎且含水量大，給路基、邊坡施工以及監(jiān)測方案的選點和布點工作帶來困難。監(jiān)測方案布置了8個深部位移監(jiān)測點，如圖3所示。

圖3 深部位移監(jiān)測網(wǎng)布置平面示意圖Fig.3 Arrangement plan of deep displacement monitoring stations

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 監(jiān)測過程中的問題及處理

在深部位移監(jiān)測實施過程中，問題主要集中出現(xiàn)在測斜管的鉆孔和埋設(shè)期間。時值7月末8月初，是南寧地區(qū)降雨量最大雨季，邊坡土體含水量較高，局部土體表面可見積水和淤泥，坡腳有大量積水，地下水活躍。

CX1－2在埋設(shè)完成后第2 d便無法測試數(shù)據(jù)，利用小型塑料管深入測斜管內(nèi)發(fā)現(xiàn)，在地表以下4 m處被剪斷，由此可以合理推斷滑動面的位置很可能在4 m左右;CX2－2埋設(shè)后，尚未測得數(shù)據(jù)就被剪斷，斷口深度為地面以下3.5 m;CX3－2在測得2次數(shù)據(jù)后也被破壞，原因是該測點周圍存在較多的散碎土體和有機質(zhì)淤泥，含有很多石塊，CX3－2在底下1.5 m處被擠斷，斷口以下的PVC管明顯嚴(yán)重傾斜，說明其下仍存在斷裂。對于出現(xiàn)剪短的測斜管，在天氣放晴之后，緊鄰原設(shè)計位置重新鉆孔放管。

測斜管被折斷的現(xiàn)象在深部位移監(jiān)測中較為常見，其根本原因是測斜管大多采用 PVC管。PVC測斜管較脆，滑坡一旦出現(xiàn)較大位移的滑動，測斜管極易被折斷。

如果僅僅是為了探明滑動面的位置，利用早期滑坡監(jiān)測時使用的變形井法、管節(jié)法［2］以及日本最先開始使用的應(yīng)變管法就可以達到目的，這些方法位移測量精度不高，但可以用于確定淺層滑坡的滑動面位置，而膨脹土邊坡的滑動面一般較淺，這些方法在確定滑動面時是適用的且更加經(jīng)濟。如果需要確定滑坡位移大小、速率及方向，測斜管顯然更加具有優(yōu)勢。但對于位移較大的滑坡，由于測斜管脆性易斷這一缺點，限制了測斜管的應(yīng)用。

3.2 位移監(jiān)測成果分析

對各主要測點的監(jiān)測結(jié)果進行分析，分述如下。

(1)CX2－1和CX3－1位于一級邊坡坡腳(靠近下排抗滑樁)，其監(jiān)測結(jié)果分別如圖4～5所示。

從圖4可以看出，CX2－1測得的最大位移為25.29 mm，位于地表以下約4 m處，結(jié)合現(xiàn)場3根測斜管剪斷位置可以推斷，此處滑動面位于原坡面以下4 m左右。根據(jù)設(shè)計方案，此處刷坡后的高程已在該滑動面以下，即支護結(jié)構(gòu)施工完成后，一級邊坡上不存在滑動體。CX3－1測得的水平位移地表下8 m以內(nèi)較為明顯，而該位置正好處于表層膨脹土與全風(fēng)化層的分界面附近，位移值在11.95～15.55 mm之間;8 m以下位移值較小，在10.0 mm以下變化;監(jiān)測期間最大水平位移為15.55 mm，在地表以下2.0 m處。

(2)CX0－2，CX2－2和 CX3－2布置于二級平臺的設(shè)計位置處，該平臺已按設(shè)計方案形成，由于之后發(fā)生了滑坡，布點和測試時，該平臺已被垮下的土方埋掉。監(jiān)測結(jié)果如圖6～8所示。

圖4 CX2－1深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Deep displacement monitoring results of CX2 －1

圖5 CX3－1深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.5 Deep displacement monitoring results of CX3 －1

CX0－2所處里程大致為D1K737+220，從該測點開始向小里程方向為穩(wěn)定邊坡，經(jīng)過近20 d的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，CX0－2深部位移變化不明顯，主要發(fā)生在上部約4 m的范圍內(nèi)，孔口附近位移最大，僅4 mm，如圖6所示。

圖6 CX0－2深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.6 Deep displacement monitoring results of CX0 －2

圖7 CX2－2深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.7 Deep displacement monitoring results of CX2 －2

盡管圖7和圖8的滑動面并不明顯，無法直接判斷CX2－2和CX3－2的滑動面位置。但CX1－2和CX2－2在埋設(shè)不久后都曾被剪斷，剪斷的位置在3.5～4 m，因此可以確定，此處滑動面在原坡面以下4 m左右。對CX2－2監(jiān)測了12 d，其后因強降雨作用測斜管被剪斷，監(jiān)測終止，其最大位移在地表以下1.0 m 范圍內(nèi)，在19.61～20.19 mm之間變化;對CX3－2監(jiān)測了6 d，測得最大位移在地表以下 2.0 ～3.0 m 范圍內(nèi)，最大值為 8.0 mm。

圖8 CX3－2深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.8 Deep displacement monitoring results of CX3 －2

(3)CX2－3和CX3－3的位置接近二級邊坡坡頂，其監(jiān)測結(jié)果分別如圖9～10所示。

圖9 CX2－3深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig.9 Deep displacement monitoring results of CX2 －3

從圖9和圖10判斷CX2－3和CX3－3滑動面位置分別位于在地表以下5.5 m和6.0 m附近。CX2－3的最大位移值為7.5 mm，位于地表以下5.5 m處;CX3－3具有較明顯的滑動面，在地表以下6 m處測得位移19.05 mm，但最大位移在地表以下 1.5 m 處，為20.95 mm。

圖10 CX3－3深部位移監(jiān)測結(jié)果Fig．10 Deep displacement monitoring results of CX3－3

此次監(jiān)測過程從2010年8月初開始，持續(xù)近30 d，這期間滑坡區(qū)域內(nèi)的刷坡和支擋結(jié)構(gòu)施工尚未開始。綜合以上分析，滑坡的深部位移規(guī)律反映了膨脹土的淺層破壞特性。二級邊坡坡頂?shù)脑O(shè)計位置實際上正好在滑坡中部，由CX2－3和CX3－3測得該區(qū)域最大位移發(fā)生在地表下5.5～6.0 m范圍內(nèi);一級邊坡坡腳設(shè)計位置處的土體在地表下8 m范圍內(nèi)位移變化明顯，而最大位移大多出現(xiàn)在地表以下0.5～4 m的范圍內(nèi)。在2010年8月23～26日的新一輪強降雨作用下，除CX0－2以外，其余測斜管全部在滑動面處被剪斷，根據(jù)測斜管最大變形能力為250 mm，推測滑動面處土體平均位移超過250 mm。

從以上監(jiān)測結(jié)果中也可以發(fā)現(xiàn)，CX0－2位于穩(wěn)定段;其余位于滑動體上的測點，“生存”時間都較短，其中，時間最短的測點為CX1－2，不到1 d便被剪斷，監(jiān)測時間最長的測點為CX2－1和CX3－1，持續(xù)監(jiān)測了16 d。在未降雨或降雨量較小時，滑坡深部位移很小，測得所有測點中的最大位移僅為7.5～25.29 mm;而一旦出現(xiàn)較大降雨，滑坡位移又很大，很快就超過了測斜管的變形能力(250 mm)。這說明降雨是膨脹土滑坡位移的主要原因。

4 結(jié)論

(1)深部最大位移范圍為地表以下3.5～5.5 m，這是滑動帶所在區(qū)域，該區(qū)域含砂率較高。水(地下水和降雨)的沖刷作用將會導(dǎo)致該層土的黏聚力和摩擦角都很小，這是出現(xiàn)滑坡的重要原因。

(2)工點內(nèi)滑坡為降雨型滑坡，降雨是引發(fā)工點內(nèi)膨脹土邊坡位移和破壞的主要因素。

(3)試驗工點內(nèi)的膨脹土滑坡，由于雨季和熱季的重疊，頻繁的干濕循環(huán)已經(jīng)導(dǎo)致土體裂隙高度發(fā)育，又因淺層坡殘積膨脹土與下層全風(fēng)化泥巖的分界面明顯，在分界面處形成了隔水層。南寧雨季的降雨量很大，這就常常導(dǎo)致工點內(nèi)滑動土體出現(xiàn)較大的塑流性移動。因此除了加強支護，還必須重視排水防水設(shè)施的應(yīng)用。

(4)監(jiān)測過程中出現(xiàn)的問題說明，在邊坡位移不大時，PVC測斜管可以較為精確地確定邊坡深部位移的大小、方向以及滑動面的位置;但由于脆性易斷的缺點，導(dǎo)致其不適合于位移較大的滑坡位移測量。

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CHEN Tao，JIN Liang-xing.Analysis of deep displacement monitoring of landslide treatment in western Hunan［J］.Journal of Railway Science and Engineering，2008，5(6):42－47.

Monitoring and analysis of deep displacement in expansive soil landslide

ZHANG Xin-sheng

(China Railway 12th Bureau Group Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

The deep displacement monitoring of expansive soil landslide at the test worksite was performed by inclinometer and PVC tubes.The monitoring results show that the expansive soil landslide sliding surface of the worksite was relatively shallow，which located about 3.5 ～5.5 m under the ground surface.With a high content of sandy soil，the cohesion and angle of internal fraction of the sliding belt soil were reduced as a result of groundwater and rainwater infiltration，which result mainly in the landslide.Impermeable layer was formed between the upper residual expansive soil and the lower fully weathered mudstone，and obvious plastic flow movement would occur if rainfall was great.The deformation limit of the PVC tubes would likely to be exceeded.

expansive soil;landslide;displacement monitoring;deformation properties of PVC pipe

TU475+.5

A

1672－7029(2011)04－0050－05

2011－06－30

中鐵十二局集團有限公司項目(中鐵十二局集團科［2010］44號)

張新生(1968－)，男，山西太原人，高級工程師，從事鐵路建設(shè)施工技術(shù)和管理工作