某地區(qū)山體滑坡治理工程效果探討

陳歡

【摘 要】在通常的勘察工作中，特別是在山區(qū)進(jìn)行勘察，經(jīng)常會(huì)遇到邊坡問(wèn)題，或者是原始地形坡度大，具有潛在滑坡的可能，或者是工程建設(shè)改變?cè)嫉匦魏笮纬尚碌倪吰?，可能誘發(fā)滑坡，危及工程場(chǎng)地安全。本文介紹了滑坡的特征和成因，并針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索框架、削方減重和地表排水等綜合治理措施進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】滑坡；預(yù)應(yīng)力錨索框架；有限元

前言

我國(guó)西部山區(qū)是基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后地區(qū)，在大力發(fā)展交通建設(shè)的今天，西部山區(qū)鐵路建設(shè)是其重點(diǎn)，而我國(guó)人口眾多，耕地較少，鐵路選線時(shí)既要考慮沿線經(jīng)濟(jì)和發(fā)展，同時(shí)還要盡量少占用耕地，因此，山區(qū)鐵路的橋梁，隧道較多，高切邊坡也眾多，山區(qū)本身就是地殼運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，其地形險(xiǎn)峻，溝谷深切，地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜。因此，必須要解決高陡巖質(zhì)邊坡的變形、穩(wěn)定和治理問(wèn)題。

1.滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆孔資料揭示，本滑坡區(qū)出露地層相對(duì)簡(jiǎn)單，從新到老分別為：全新統(tǒng)滑坡堆積物（），主要分布于滑坡體的中部和前緣一帶，巖性多為馬蘭黃土和皋蘭群片巖破碎后的重新堆積；上更新統(tǒng)主要為馬蘭黃土（），分布較廣泛，披覆于老地層之上；中更新統(tǒng)地層多埋藏于馬蘭黃土之下，在溝谷兩側(cè)和坡體前緣陡壁下部有零星出露，可分為兩期，早期堆積物為沖洪積物（），晚期堆積物為風(fēng)積離石黃土（）；前寒武系皋蘭群（）巖性為黑云角閃片巖、黑云絹云片巖和片麻巖、夾薄層石英巖和酸性侵入巖巖脈，主要分布于坡體的下部。

新構(gòu)造時(shí)期滑坡區(qū)附近以整體間歇性隆升為主要特征，差異活動(dòng)不強(qiáng)烈，無(wú)區(qū)域性深、大活動(dòng)斷裂切割?；聟^(qū)附近主要發(fā)育有規(guī)模不大的金城關(guān)斷裂及雷壇河斷裂，這兩條斷裂至少在晚更新世晚期以來(lái)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

滑坡區(qū)地下水主要有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水賦存于更新統(tǒng)黃土和碎石層中，受補(bǔ)給條件、賦存條件及排泄條件控制，地下水量貧乏；基巖裂隙水主要賦存于皋蘭群變質(zhì)巖的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水和綠化灌溉水的人滲。

2.滑坡特征及成因

2.1滑坡特征

某地區(qū)滑坡地形高陡，山體總高度140m?；缕矫嫔铣噬刃?，滑坡體長(zhǎng)75m，后緣寬25m，前緣寬95m，滑坡前后緣高差近60m，主滑方向?yàn)?6°?；麦w上部平均坡度約為35°，下部平均坡度約43°?；旅娣e為4050m2，平均厚度約13m，總體積約為6.2×104m3。

滑坡后壁及側(cè)界明顯呈不規(guī)則的圈椅狀。長(zhǎng)110m，頂部一帶后壁高6～7m，向兩側(cè)逐漸降低為2m左右。

剪出口位于前寒武系變質(zhì)片巖中，低于基巖頂面6～8m，呈波狀起伏，位置高于前部的某大道約30m?；碌幕瑒?dòng)面發(fā)育在上部的晚更新統(tǒng)黃土和下部的前寒武系皋蘭群中?？傮w來(lái)說(shuō)，該滑坡的滑動(dòng)面較陡，后壁一帶滑動(dòng)面的傾角在60°左右，最陡處達(dá)62°，向下逐漸變緩，在剪出口一帶滑動(dòng)面較為平直，為15°左右。

滑體物質(zhì)主要由第四系中更新統(tǒng)的黃土和前寒武系皋蘭群變質(zhì)片巖強(qiáng)風(fēng)化層組成。按照滑坡體積和滑坡體的地層巖性，該滑坡屬小型黃土一基巖滑坡。

2.2滑坡成因

滑坡形成的內(nèi)在因素有斜坡地形地貌、組成斜坡的巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造；外因主要是水的作用和人類工程活動(dòng)。誘發(fā)該滑坡滑動(dòng)的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）降雨是該滑坡滑動(dòng)的主要誘發(fā)因素。該地區(qū)降雨較多，特別是滑坡前一天晚上的降水量高達(dá)11.3mm。

（2）滑坡上部山體上樹(shù)木較多，是重點(diǎn)綠化區(qū)，灌水量較大，灌溉水和管道滲漏水滲入坡體，對(duì)本次滑坡的發(fā)生也有一定的引發(fā)作用。

（3）山坡地形高陡，山體高140m左右，平均坡度35。左右，上緩下陡；上部坡度約45°，下部60°～70°，局部呈直立或倒坡，總體上坡型呈凸型，是滑坡發(fā)育的有利地形條件。

3.滑坡治理工程設(shè)計(jì)

3.1治理方案

滑坡治理采用預(yù)應(yīng)力錨索框架作為主體支擋工程，并輔以削方減重、地表排水和護(hù)坡等相結(jié)合的綜合治理措施，以達(dá)到穩(wěn)定滑坡，保證某大道暢通的目的。

3.2治理工程措施

3.2.1預(yù)應(yīng)力錨索框架工程

3.2.1.1滑坡推力

滑坡推力計(jì)算的有關(guān)巖土體物理力學(xué)參數(shù)是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本滑坡的巖土體組成，并參考了當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)黃土抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值，再以該滑坡處于活動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際情況運(yùn)用參數(shù)反分析法綜合確定的，具體計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。本滑坡1-1典型剖面在整個(gè)滑坡體中最具代表性（圖1），因此，以該剖面作為計(jì)算原型進(jìn)行滑坡的推力計(jì)算，計(jì)算示意圖見(jiàn)圖1。根據(jù)表1參數(shù)并利用規(guī)范中的公式計(jì)算，結(jié)果為：天然條件下滑坡剩余下滑1168.88kN/m，地震條件下為1053.74kN/m。

3.2.1.2工程措施

在滑坡剪口以上第一級(jí)邊坡采用KJ1型預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，總長(zhǎng)108m，單片框架長(zhǎng)6m，共18片。每片框架上設(shè)6孔錨索，分下、中、上3排，長(zhǎng)度分別為15，17，21m，錨固段長(zhǎng)度為10m，錨索水平間距3m，孔徑?4b130mm，傾角20°，錨筋采用64?15.24高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，單孔設(shè)計(jì)拉力600kN。框架梁截面尺寸0.6m×0.55m，采用C25混凝土澆注（圖2、3）。

在滑坡剪出口以上第二、三級(jí)邊坡采用KJ2型預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，長(zhǎng)度分別為171，156m，單片框架長(zhǎng)6m，分別為28.5片和26片，每片框架上設(shè)4孔錨索，分下、上2排，長(zhǎng)度分別為23，25m和26，28m，錨固段長(zhǎng)度為8m，錨索水平間距3m，孔徑?l30mm，傾角20°，錨筋采用5?15.24高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，錨索單孔設(shè)計(jì)拉力500kN。框架梁截面尺寸0.6m×0.5m，采用C25混凝土澆注（圖2、3）。

對(duì)于突出的危巖體采用錨桿墩加固。錨桿長(zhǎng)度為8.5m，錨桿間距2.5m，孔徑6110mm，傾角20°，錨筋采用?28HRB335鋼筋制作。錨墩的尺寸為0.3m×0.3m×0.2m，采用C25混凝土澆注。

3.2.2削方減載工程

3.2.2.1滑坡壁上部局部削方

對(duì)標(biāo)高1630m以上的滑坡壁進(jìn)行削方減載，分三級(jí)，每級(jí)高度8.Om，下兩級(jí)的刷方坡率為1：1，最上一級(jí)的刷方坡率為1：0.75。最下一級(jí)刷方平臺(tái)寬3.0m，上部?jī)杉?jí)刷方平臺(tái)寬2.0m。

3.2.2.2滑坡體西北側(cè)局部削方

在標(biāo)高1585m以上按三級(jí)邊坡削方減載，危巖體以上4-4斷面代表段下兩級(jí)刷方坡率為1：l，每級(jí)高7m，最上一級(jí)的刷方坡率為1：1.25，下一級(jí)刷方平臺(tái)寬2.5m，上部?jī)杉?jí)刷方平臺(tái)寬2.0m；危巖體以西5-5斷面代表段下兩級(jí)刷方坡率為l：0.75，每級(jí)高7m，最上一級(jí)的刷方坡率為1：1.25，三級(jí)刷方平臺(tái)寬均為1.5m。

3.2.3排水工程

本滑坡區(qū)排水工程主要以地表排水系統(tǒng)為主，在有框架的削方平臺(tái)上設(shè)U型預(yù)制混凝土排水溝，其它削方平臺(tái)設(shè)截面尺寸為O.3m×0.3m的M7.5漿砌片石排水溝，滑坡后緣以外設(shè)一道截水溝（天溝），兩側(cè)自然溝旁設(shè)吊溝，以上排水溝與坡腳排洪道共同形成排水系統(tǒng)，以截排滑坡和滑坡兩側(cè)斜坡區(qū)的地表水。

3.2.4護(hù)坡工程

由于應(yīng)急工程施工后，滑坡區(qū)及周圍的植被也被大面積破壞，地表為裸露的疏松黃土，遇到大風(fēng)天氣時(shí)塵土飛揚(yáng)，成為沙塵的新來(lái)源地，影響該市的大氣環(huán)境和景觀；遇到暴雨時(shí)則產(chǎn)生強(qiáng)烈的地表沖刷和侵蝕，既造成水土流失又影響坡體的穩(wěn)定性。因此，錨索框架內(nèi)和錨索框架以上邊坡采用植草護(hù)坡防護(hù)。

3.2.5裂縫、落水洞夯填

由于滑坡上部有大量張性裂縫和落水洞，為了防止地表水沿裂縫和落水洞入滲降低坡體穩(wěn)定性，因此對(duì)滑坡體上的裂縫和落水洞進(jìn)行夯填。具體做法是在裂縫上垂直裂縫走向?qū)?.5m、深0.5m處，沿裂縫全長(zhǎng)挖槽，挖寬后采用粘土夯填密實(shí)，對(duì)落水洞也要進(jìn)行追蹤開(kāi)挖夯填。

4.加固效果分析

4.1有限元模型的建立

在計(jì)算分析過(guò)程中采用平面應(yīng)變問(wèn)題來(lái)處理，硬性結(jié)構(gòu)面采用接觸單元來(lái)模擬，預(yù)應(yīng)力錨索錨固力作為集中力來(lái)模擬。有限元網(wǎng)格劃分后生成的結(jié)點(diǎn)總數(shù)為4053，六結(jié)點(diǎn)三角形平面應(yīng)變?cè)?00個(gè)。

計(jì)算模型所采用的邊界條件為：設(shè)定模型的上部為自由邊界，左右兩側(cè)為水平約束，底面邊界采用固定約束。此外，計(jì)算中考慮由自重應(yīng)力引起的初始地應(yīng)力。

4.2計(jì)算參數(shù)與計(jì)算工況

＼該滑坡有限元計(jì)算的有關(guān)物理力學(xué)參數(shù)是在試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，并參考了當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)黃土抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值綜合確定的。此外，將前寒武系片巖按風(fēng)化程度不同概化分為強(qiáng)風(fēng)化和微風(fēng)化麗層。該滑坡有限元計(jì)算巖土體的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2，采用莫爾一庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則計(jì)算。選擇模型計(jì)算的工況為天然工況。

4.3有限元數(shù)值模擬結(jié)果分析

有限元數(shù)值模擬獲得了研究區(qū)的位移圖和應(yīng)變圖?；录庸糖昂蟮奈灰迫鐖D4所示。從圖4可以看出，加固前坡面位置有較大位移，最大位移出現(xiàn)在坡頂附近，為2.8m，此時(shí)用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.03，處于臨界狀態(tài)，說(shuō)明滑坡很不穩(wěn)定。預(yù)應(yīng)力錨索框架加固后，坡頂附近出現(xiàn)的最大位移僅為0.27m，較加固前大大變小，此時(shí)用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.28，穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求，滑坡穩(wěn)定性較好。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析加固前后滑坡的位移、最大剪切應(yīng)變和穩(wěn)定系數(shù)，可以看出用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固該滑坡起到了很好加固效果。治理工程經(jīng)過(guò)近一年的監(jiān)測(cè)，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，證明治理效果良好。