土體滑坡成因與防治措施

歹鵬丞 魏歡歡 胡小會(huì)*

(陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723001)

土體滑坡成因與防治措施

歹鵬丞 魏歡歡 胡小會(huì)*

(陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723001)

從水、地震、人為因素、環(huán)境與氣候等方面，分析了滑坡的產(chǎn)生原因，提出了抗滑樁、增設(shè)錨桿、錨索—抗滑樁組合加固等幾種滑坡的處理方法，旨在防止滑坡災(zāi)害的發(fā)生，滿足現(xiàn)代工程建設(shè)安全的需要。

滑坡，抗滑樁，錨桿，承載力

0 引言

隨著我國“西部大開發(fā)戰(zhàn)略”的不斷推進(jìn)，邊坡工程的治理問題日益增多；其中在我國多山地帶，由于自然條件和人為因素等作用，導(dǎo)致土顆粒之間的粘結(jié)作用下降，山體大面積滑坡問題較為嚴(yán)重，直接威脅人們生命與財(cái)產(chǎn)安全，并且對(duì)于我國當(dāng)前工程建設(shè)也是較為棘手的問題；因此，對(duì)于如何提升治理滑坡的有效方法，確保邊坡工程的穩(wěn)定，減小工程事故的發(fā)生，是當(dāng)今面臨的一個(gè)主要問題；通過對(duì)滑坡機(jī)理的分析，提供相關(guān)的方法，為工程建設(shè)提供可靠的理論依據(jù)，從而保證人們的生命安全。

1 滑坡原因與分析

1.1 水的作用

1)力學(xué)作用。由于地下水及其他液相物質(zhì)與非液相物質(zhì)之間的動(dòng)力相互作用，表現(xiàn)為地下水的下滲、流動(dòng)以及水位變化等所引起的斜坡動(dòng)水壓力、靜水壓力和空隙水壓力等的變化。美國[1]某土質(zhì)降雨滑坡綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)獲得的失穩(wěn)時(shí)刻的降雨、空隙水壓力及位移等方面數(shù)據(jù)，并用數(shù)值方法模擬了空隙水壓力的變化過程顯示，當(dāng)斜坡上部積聚雨水，此時(shí)徑流上方會(huì)出現(xiàn)土體滲透系數(shù)較小的情況，該部位水壓力就會(huì)增大，形成局部雍水現(xiàn)象，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。

2)物理作用。物理作用一般表現(xiàn)為對(duì)巖土材料的綜合軟化效應(yīng)。ColbackP.S.B.和WildB.L.研究了沉積巖的強(qiáng)度和單變形特性和含水率之間的關(guān)系，當(dāng)石英砂巖從干燥到吸水飽和，單軸抗壓強(qiáng)度就會(huì)損失50%。有試驗(yàn)[2]顯示，三種與單軸抗壓強(qiáng)度介于34 MPa～74 MPa的石英屑巖其單軸抗壓強(qiáng)度越低，對(duì)含水率反應(yīng)越敏感。

1.2 環(huán)境與氣候

滑坡地區(qū)的氣候，包括降雨量的多少、溫濕度大小、風(fēng)化作用和降雪量等，是影響山體滑坡的基本動(dòng)力因素。其中，極易引發(fā)山體大幅度的滑坡。

1.3 地震作用

自然地質(zhì)作用是引起山體滑坡的主要成因之一。在地殼運(yùn)動(dòng)過程中，地殼之間的相互擠壓作用容易產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象，其中在極限狀態(tài)下忽然斷裂，將其內(nèi)部的能量通過波的形式釋放出來，對(duì)地球表面的地貌特征產(chǎn)生一定的影響。自然地質(zhì)作用中，地震作用問題最為突出。有些滑坡坡角平緩，土質(zhì)疏松，滑動(dòng)規(guī)模大，表現(xiàn)出震陷崩塌的失穩(wěn)特征；有些滑坡土質(zhì)密實(shí)，滑裂面沿著基巖甚至切入，表現(xiàn)出地震力和重力疊加作用下剪切變形失穩(wěn)特征；有些滑坡體底部土層濕度較大，表現(xiàn)出液化流滑導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。盡管同為強(qiáng)震誘發(fā)的黃土斜坡失穩(wěn)，但其滑動(dòng)類型和失穩(wěn)機(jī)理并不相同。即使依附于黃土之中的工程結(jié)構(gòu)物本身承受較大的地震直接作用，但強(qiáng)震時(shí)因發(fā)震斷裂活動(dòng)和重力作用造成的滑坡、崩塌、松弛所引起的掩埋、砸毀、推擠等也會(huì)使既有的工程輕則喪失基本功能，重則破壞殆盡。

1.4 人為因素

人類活動(dòng)過程中，尤其是在工程方面對(duì)自然地質(zhì)環(huán)境的改變與影響是很大的，而且人為的工程活動(dòng)因素是目前引起滑坡的一大重要因素。例如在興建工程時(shí)，由于切坡不當(dāng)，斜坡的支撐被破壞，或者在斜坡上方任意堆填巖土方、興建工程、增加荷載，都會(huì)破壞原來的斜坡穩(wěn)定性。

2 治理滑坡的方法

2.1 抗滑樁加固邊坡

抗滑樁是通過利用樁的支撐作用來穩(wěn)定土體的有效措施；抗滑樁的設(shè)置靈活，既可以集中設(shè)置，也可以分散設(shè)置，并且施工方便，節(jié)省材料，一般主要用于中厚層滑坡體和非塑體淺層土體。其中對(duì)于淺層滑坡問題，可以在坡前緣設(shè)置鋼筋混凝土鉆孔樁；對(duì)于推力較大的滑坡可采取增大樁徑，采取分隔設(shè)樁或采取多種組合方式共同承受土體的壓力，從而保證邊坡工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。田漢儒[4]通過對(duì)抗滑樁加固邊坡算例的比較進(jìn)行分析得出，其中采取有限元強(qiáng)度折減法對(duì)于抗滑樁的加固分析是可行的；不同的樁位對(duì)于邊坡加固的破壞形式以及加固后的作用效果影響較大，在增加樁頂約束條件后可以顯著增加邊坡安全系數(shù)且減小樁身的塑性大?。辉谘芯窟^程中發(fā)現(xiàn)，增大樁徑可提高樁的剛度，增大邊坡安全系數(shù)，從而有效地減小土體滑坡的概率。楊小強(qiáng)[5]通過MIDAS-GTS軟件進(jìn)行有限元模型分析發(fā)現(xiàn)，通過增大樁體模量和截面尺寸都可以增大樁的抗彎剛度，并且能夠減小樁的位移程度，有效的提高樁的抗滑力；并且在增強(qiáng)錨索抗滑樁設(shè)計(jì)過程中降低應(yīng)力集中程度，分布均勻，可有效的減小樁身位移，提高樁對(duì)土的約束作用，進(jìn)一步加強(qiáng)土體的整體性能，防止土的坍塌現(xiàn)象。李德營等[6]采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁測(cè)得預(yù)應(yīng)力錨索拉力比常規(guī)處理方法的拉力減小14.3%，從而保證錨索對(duì)抗滑樁的拉力處于極限受力范圍之內(nèi)，保證工程的安全可靠。邊雯[7]通過邊坡穩(wěn)定性分析認(rèn)為，可以設(shè)置抗滑樁來增加土的整體性，防止土體產(chǎn)生滑移。雷文杰等[8]通過有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行單排樁、間距4 m的抗滑樁在不同處加固進(jìn)行模擬研究，其中發(fā)現(xiàn)抗滑樁設(shè)置在斜坡中部時(shí)安全程度較好，而在斜坡上下側(cè)時(shí)滑動(dòng)面均能沿樁的某位置滑出，因此可以得出抗滑樁的位置決定斜坡的加固效果。張健[9]認(rèn)為土體液化或在震陷后強(qiáng)度并非完全喪失，其中在同等液化條件下設(shè)計(jì)的樁徑承載折減系數(shù)越??；因此根據(jù)土體的液化程度，選取適當(dāng)?shù)某休d力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且通過增加樁徑尺寸可以有效提高承載力，從而提升土的力學(xué)性能，減小土的側(cè)移程度；在計(jì)算過程中分析得到樁基臨界值隨著樁的剛度比和埋深增大而增大，但初始的性狀趨于較為穩(wěn)定。

2.2 錨索—抗滑樁組合加固法

錨索—抗滑樁加固法是當(dāng)下山地工程建設(shè)中一個(gè)新型的措施，并且對(duì)于預(yù)防土體滑坡具有顯著的效果，改善傳統(tǒng)加固方法的不足，能夠保證山體穩(wěn)定而不發(fā)生滑移現(xiàn)象。阮波[10]利用錨索的耦合作用，與樁基建立起預(yù)應(yīng)力錨索樁體系，通過對(duì)滑坡特征的分析和GM模型模擬的結(jié)果得出，采用錨索預(yù)應(yīng)力法與計(jì)算值大致相近，具有較高的精度，對(duì)加固的安全性能進(jìn)一步提高。伍偉林[11]采用有限元軟件對(duì)錨索和抗滑樁建立三維模型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其受力性能有較大提高，并且減小樁身尺寸和埋置深度對(duì)邊坡穩(wěn)定影響較小，大大減小工程施工的復(fù)雜程度，提高了工程建設(shè)效率。丁建軍[12]通過分析得出錨索抗滑樁發(fā)生破壞主要是由于彎曲變形而引起，改變樁的內(nèi)力大小與水平位移和錨索的剛度能夠有效防止其發(fā)生破壞，為了防止滑移面的影響，可采用高強(qiáng)低松弛的錨索，施加一定的預(yù)應(yīng)力可提高整體的安全系數(shù)。周北[13]通過預(yù)應(yīng)力抗滑樁錨索加固試驗(yàn)和結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例，研究了其受力特征，其中錨索的剛度和樁身位置尺寸等對(duì)邊坡治理有重要的影響。胡小林[14]通過計(jì)算分析得出錨索抗滑樁最優(yōu)參數(shù)值，其中當(dāng)安全角在15°時(shí)錨索能夠提供最大的阻力，并能使邊坡整體穩(wěn)定性提高，保證邊坡安全。

2.3 增設(shè)錨桿加固法

錨桿能夠?qū)④浕馏w的板狀層組合形成穩(wěn)定的結(jié)合體，是通過錨桿的抗力來阻擋土體下滑的一種處理滑坡問題的措施；對(duì)于一些順層土體，預(yù)先增加錨桿進(jìn)行邊坡處理，能夠起到一定的加固作用，防止土體發(fā)生滑移現(xiàn)象。韓冬冬等[15]通過物理模型試驗(yàn)，觀測(cè)從施加預(yù)應(yīng)力開始到錨桿最終失去抗力的整個(gè)過程以及各錨桿間的變形特征；其中從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，隨著在頂排增加錨桿數(shù)量，對(duì)土體的抗滑作用從100%降至17%，而錨桿在四排和五排時(shí)的抗滑作用可以增大62%和26%，因此可以得出在下排設(shè)置錨桿可以增大坡體的穩(wěn)定性。劉健等[16]通過風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)，發(fā)現(xiàn)利用護(hù)壁和氣流排粉等優(yōu)點(diǎn)，能夠保持孔壁的穩(wěn)定性，達(dá)到漿體完全固結(jié)，防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，并且還發(fā)現(xiàn)采用灌注砂漿進(jìn)行錨桿設(shè)置的抗拔力性能明顯優(yōu)于濕式成孔。方志森等[17]通過對(duì)錨桿瞬時(shí)拉拔和錨桿應(yīng)力進(jìn)行長時(shí)間觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)錨桿軸力與位移呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)錨桿進(jìn)行加載時(shí)桿的受力與變形也存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且當(dāng)采用瞬時(shí)加載進(jìn)行拉拔至極限狀態(tài)下比潛在滑面應(yīng)力調(diào)至穩(wěn)定時(shí)所需時(shí)間更長，錨固效果比預(yù)期效果好。王俊杰等[18]進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，球根錨桿與土體之間具有較好的粘結(jié)性能，并且球根錨桿的承載力與其埋置深度和球根尺寸有關(guān)。文浩雄等[19]通過噴錨加固的方法發(fā)現(xiàn)，錨桿加固能夠使坡體的抗拉性能和抗剪性能得到很好的改善，極大的改善坡體滑移作用；并且采用噴層護(hù)坡技術(shù)能夠減少坡體的軟化作用，又能使錨桿的加固功能得到更加有利的發(fā)揮。

2.4 其他措施

洪亮[20]采用了從遠(yuǎn)端向近端的圍巖張拉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，能夠減小錨索的拉力，同時(shí)能夠有效的減小注漿體的開裂程度，保證了錨索的防銹蝕的作用，有利于近端的承載力提高和整體耐性性能的提升。孫法德[21]從滑坡機(jī)理等因素進(jìn)行分析，其中在山坡達(dá)35°以上時(shí)，為滑坡發(fā)育提供有利條件，采取削坡的方法，能夠減小土體出現(xiàn)滑坡的概率，確保土體穩(wěn)定性。鄭江[22]通過FLAC軟件輸入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)夯實(shí)法模擬試驗(yàn)，從數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中在地平面下4 m處，土體強(qiáng)度值增加約為3×105MPa,并且能夠達(dá)到相關(guān)坡度的設(shè)計(jì)要求值，通過此次模擬試驗(yàn)可以說明，強(qiáng)夯實(shí)法能夠?qū)ν馏w進(jìn)行一定的加固作用，從而也減小了山體滑坡的可能性。袁金明[23]通過灌漿法對(duì)土體進(jìn)行多方面的處理，發(fā)現(xiàn)滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，由此可以說明，灌漿法對(duì)于滑坡治理有著明顯的效果，但是對(duì)于漿體的選擇應(yīng)進(jìn)行慎重考慮。王中美等[24]對(duì)灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)，采用挖井、聲波測(cè)試和改變水位等具體措施，可以提高灌漿對(duì)坡體的加固作用，進(jìn)而說明灌漿排水固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)具有顯著的效果。

3 結(jié)論與建議

本文通過分析造成斜坡失穩(wěn)原因，即主要在水的作用下，根據(jù)其力學(xué)作用、物理作用和化學(xué)作用，還有地震作用、環(huán)境與氣候和人為作用造成滑坡的原因，對(duì)其問題提出相關(guān)治理滑坡的方法措施，并對(duì)其做出簡介說明。對(duì)于滑坡治理方面還有其他的方法措施，這就需要不斷地在地質(zhì)勘查過程中及施工勘察過程中，還有實(shí)地施工當(dāng)中對(duì)斜坡失穩(wěn)有更深刻的了解與認(rèn)知，并在今后的治理方案中提出新型的治理措施。

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The reasons and the preventive measures of soil landslide

Dai Pengcheng Wei Huanhuan Hu Xiaohui*

(ShaanxiInstituteofTechnologyInstituteofCivilEngineeringandArchitecture,Hanzhong723001,China)

From water, earthquake, human factors, environment and climate, the paper analyzes the reasons for the landslide, and points out some measures for these landslides with the anti-slide pile, addition of anchor cable, achor-cable-anti-slide pile unit combination, so as to prevent the landslides and meet the demands for the safety of modern engineering construction.

landslide, anti-slide slope, anchor, loading capacity

1009-6825(2017)01-0109-03

2016-10-24

歹鵬丞(1995- ),男,在讀本科生; 魏歡歡(1996- ),男,在讀本科生

胡小會(huì)(1981- ),女,碩士,講師

P642.22

A