在堆載反壓條件下的高速公路滑坡變形規(guī)律及參數(shù)反算分析

楊旭東 彭春祿 陳全 覃家琪

摘要：文章以桂林某高速公路滑坡為例，研究坡腳堆載反壓條件下的滑坡變形規(guī)律，并對(duì)滑坡滑動(dòng)帶參數(shù)進(jìn)行反算分析，為滑坡處治設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滑坡應(yīng)急處治;堆載反壓;滑動(dòng)變形規(guī)律;滑動(dòng)帶參數(shù)反算

中圖分類號(hào)：U416.1⁺63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.024

文章編號(hào)：1673—4874（2020）11—0090-04

0引言

對(duì)于已通車運(yùn)營(yíng)的高速公路而言，滑坡作為常見(jiàn)的自然災(zāi)害，常常帶來(lái)阻斷交通、危及行車安全、損毀公路路基等較大的危害。滑坡發(fā)育過(guò)程通常是分階段的，在滑坡未完全失穩(wěn)前，為了避免發(fā)生更嚴(yán)重的后果，為滑坡處治爭(zhēng)取時(shí)間，應(yīng)急處治措施是必不可少的。應(yīng)急處治措施的核心是改變坡體結(jié)構(gòu)、止滑保穩(wěn)?；鲁Ｒ?jiàn)的應(yīng)急治理方法有削方減載、坡腳堆載反壓、應(yīng)急支擋結(jié)構(gòu)等，需要根據(jù)不同滑坡的特點(diǎn)及場(chǎng)地條件進(jìn)行選擇。其中，對(duì)于一般公路滑坡，坡腳堆載反壓（以下稱坡腳堆載反壓）有著施工快捷、效果顯著等特點(diǎn)。在開(kāi)展了坡腳堆載反壓后，對(duì)滑坡變形規(guī)律的特征進(jìn)行研究。在坡腳堆載反壓條件下計(jì)算滑坡滑動(dòng)面參數(shù)，可以更好地為處治滑坡提供依據(jù)。本文以桂林某高速公路滑坡為例，研究在坡腳堆載反壓條件下的滑坡變形規(guī)律，對(duì)滑坡滑動(dòng)帶參數(shù)進(jìn)行反算，為處治設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1滑坡工程基本特征

1.1滑坡形態(tài)特征

滑坡位于丘陵地帶，路線沿丘坡坡腳一帶展布，地形起伏較大，路基采用挖方路塹方式通過(guò)，路基最大挖方高度約25m，原設(shè)計(jì)坡比為1：1，分3級(jí)放坡，防護(hù)形式為U型釘+三維植被網(wǎng)滿鋪草坡防護(hù)?；麦w平面形成呈舌型，后緣有圈椅狀特征，錯(cuò)臺(tái)高度約1～2m，拉裂縫寬度為0.3～0.5m，滑坡體內(nèi)發(fā)育裂縫類型主要為拉張裂縫及拉張剪切混合裂縫，滑坡前緣已造成高速公路路基邊溝擠壓破壞，尚未完全滑動(dòng)剪出形成滑坡舌?；虑熬壖舫隹冢ǜ咚俟仿访妫┡c后緣圈椅狀裂縫高差約為43m，滑坡主滑方向近似南北向，主滑方向軸長(zhǎng)約100m，滑體總方量估算為6.5×10⁴m³，為中型滑坡，滑坡平面圖見(jiàn)圖1。

1.2滑坡的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要由第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、黏土混角礫組成，滑床主要由第四系殘破積層黏土混角礫組成。其中角礫垂向分布不均，含量在20%～40%，粒徑大多在1～3cm之間，礫石成分主要為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。下伏基巖主要為D2v中風(fēng)化灰?guī)r，埋深較深，對(duì)滑坡無(wú)明顯影響，地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1?，F(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)未發(fā)現(xiàn)明顯滑動(dòng)面，未發(fā)現(xiàn)明顯的剪切破壞帶，說(shuō)明滑動(dòng)面以面狀為主，厚度極薄，本滑坡的滑動(dòng)面劃分依據(jù)鉆孔內(nèi)測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行。

滑坡主要發(fā)生于土層中，為牽引式土質(zhì)滑坡，整個(gè)滑坡呈多級(jí)牽引破壞形態(tài)，每級(jí)滑動(dòng)面條塊以圓弧形為主，將滑坡作為整體來(lái)看，在主滑面上，滑坡前緣下滑段與主滑段呈近似圓弧狀，最大埋深為18m，剪出口位于人工邊坡坡腳前高速公路邊溝;滑坡中部下滑段貫通后整體呈直線型，埋深一般在12～18m;滑坡拉張破裂段與水平面夾角約80°，破裂段最大埋深約12m。

2在坡腳堆載反壓條件T滑坡變形規(guī)律

2.1工程應(yīng)急處置措施

應(yīng)急堆載反壓作為常見(jiàn)的滑坡應(yīng)急處治措施，被廣泛應(yīng)用在滑坡處治或應(yīng)急處置中。公路人工邊坡前緣受工程施工改造影響，出現(xiàn)臨空面，從而改變了滑坡應(yīng)力狀態(tài)，在不利工況的影響下，下滑力逐漸增加，直到超過(guò)阻滑力，從而發(fā)生滑坡。坡腳堆載反壓措施為在滑坡前緣剪出段、阻滑段等位置設(shè)置反壓體，增加滑坡阻滑力，改變滑坡應(yīng)力狀態(tài)，阻止滑坡繼續(xù)下滑趨勢(shì)。

在本案例中在出現(xiàn)滑坡變形情況后，建設(shè)單位立即開(kāi)展滑坡應(yīng)急處置措施。應(yīng)急處治措施主要為在邊坡坡底設(shè)置滑坡反壓體進(jìn)行反壓，反壓體高度為5m，外側(cè)坡比為1：1，頂、底部寬度為7～7.5m，反壓體主要由（1×1×1）m袋裝粉質(zhì)黏土構(gòu)成，坡腳堆載反壓平臺(tái)同時(shí)也為滑坡抗滑支擋結(jié)構(gòu)的施工平臺(tái)。坡腳堆載反壓自2018年1月設(shè)置完畢，在獲得勘察及監(jiān)測(cè)成果后開(kāi)展滑坡處治工程設(shè)計(jì)施工，處治方案采用在滑坡前緣設(shè)置抗滑樁的工程手段。2018年5月至7月在滑坡前緣施工抗滑支擋結(jié)構(gòu)。

2.2監(jiān)控量測(cè)方案

滑坡深層測(cè)斜作為最常見(jiàn)的手段可以了解滑坡變形情況，為滑坡預(yù)警提供依據(jù)，同時(shí)深層測(cè)斜能夠識(shí)別滑動(dòng)面的位置，為滑坡處治提供依據(jù)。反壓體限制了滑坡前緣的滑動(dòng)，從而阻擋了滑坡的滑動(dòng)變形。在該條件下，通過(guò)對(duì)深層位移、地表位移的監(jiān)測(cè)，可以看得到滑坡在坡腳堆載反壓后的變形規(guī)律。

設(shè)置反壓體后，才具備了安全開(kāi)展滑坡鉆探勘察和深層測(cè)斜工作的條件。在深層測(cè)斜共布設(shè)7個(gè)測(cè)斜孔，測(cè)斜工作開(kāi)展初期將測(cè)試垂直于高速公路方向深層變形位移（X方向）及小角度斜交公路方向深層變形位移（y方向），在確定主滑方向后，僅對(duì)主滑方向進(jìn)行持續(xù)長(zhǎng)期觀測(cè)。在抗滑樁施工期間開(kāi)展地表各點(diǎn)地表變形監(jiān)測(cè)，地表變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置如圖1所示，其中ZKl～ZK7為深層測(cè)斜孔，J1～J13為地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.3在坡腳堆載反壓條件下滑坡變形規(guī)律

滑坡深層測(cè)斜工作開(kāi)展時(shí)期為2018年1月至2019年1月，監(jiān)測(cè)時(shí)間段主要為滑坡坡腳堆載反壓后、滑坡施工期間、滑坡施工后這三個(gè)階段，抗滑樁施工期地表變形監(jiān)測(cè)期主要為2018年5月至9月。

（1）邊坡深層位移變形規(guī)律

滑坡深層累積變形成果見(jiàn)下頁(yè)圖2～3。在坡腳堆載反壓后至2018年5月滑坡抗滑樁處治前，滑坡體處于繼續(xù)變形狀態(tài)，滑坡深層滑動(dòng)趨勢(shì)受限，x方向深層位移累積變形一般為4～12m，y方向深層位移變形值一般為0～5mm，ZK6測(cè)斜孔未發(fā)生明顯變形，值得注意的是ZK2測(cè)斜孔y向位移達(dá)到30mm、X向位移達(dá)約11.5mm，ZK7測(cè)斜孑L位移持續(xù)增大。在2018年5月發(fā)生測(cè)斜管斷管的現(xiàn)象，斷管位置位于埋深18.5m處。深層位移顯示，滑坡主滑方向?yàn)榇怪庇诟咚俟贩较颍▂方向），其中，ZK2、ZK4、ZK3存在平行位移分量，其主要原因?yàn)樵摐y(cè)孔位于LF3、LF4、LF5滑動(dòng)裂縫弧形段中部地段，受拉張、剪切多重外力作用;ZK7平行分量遠(yuǎn)大于垂向分量，其主要原因是在反壓防護(hù)體作用下，滑坡前緣可變形空間受限，因此土體向相對(duì)薄弱的平行方向產(chǎn)生位移。

（2）滑坡地表變形規(guī)律

地表監(jiān)測(cè)結(jié)果曲線圖見(jiàn)圖4。在抗滑樁施工期間，滑坡地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變形量一般為O～7mm，滑坡中軸線沿線J1～J5監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量明顯大于滑坡兩側(cè)J6～J9監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量，J10點(diǎn)位于原邊坡東側(cè)漿砌片石護(hù)面墻，監(jiān)測(cè)變形量小，可認(rèn)為沒(méi)有發(fā)生位移。

同時(shí)可發(fā)現(xiàn)，滑坡在抗滑樁施工期間滑坡前緣變形量較大，但總體變形量<4mm，在抗滑樁施工完畢，拆除滑坡前緣反壓平臺(tái)后（2018年7月后），滑坡體位移變形有一定量的增加，也印證了坡腳堆載反壓措施對(duì)滑坡變形有限制作用。抗滑支擋結(jié)構(gòu)施工完畢后拆除反壓體，抗滑樁樁前抗力減少，滑坡下滑力主要由抗滑樁抗滑承載力阻擋。

3滑坡變形破壞及機(jī)制分析

地形地貌、地質(zhì)條件是導(dǎo)致滑坡出現(xiàn)的主要誘因，而降雨、人類工程活動(dòng)等外動(dòng)力條件是致使滑坡形成和發(fā)展的主要誘發(fā)因素。地質(zhì)環(huán)境條件是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)因：滑坡邊界范圍與滑坡后緣山脊的分布一致，這使滑坡區(qū)可以長(zhǎng)期接受來(lái)自逆向坡側(cè)大氣降水的入滲補(bǔ)給?；聟^(qū)主要物質(zhì)為粉質(zhì)黏土混角礫，在各種不利條件下易產(chǎn)生蠕動(dòng)變形并逐步積累，產(chǎn)生長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)，形成相對(duì)軟弱的滑動(dòng)面，進(jìn)而促進(jìn)滑坡形成。

開(kāi)挖工程改變了原有的自然坡面形態(tài)及天然應(yīng)力狀態(tài)，前緣形成減載，減少了滑坡前部的抗滑力。滑坡變形自前向后逐級(jí)發(fā)展，坡體前部鼓脹變形且發(fā)育多處馬刀樹(shù)，中部形成槽形地段，后緣受前部的牽引形成多級(jí)平臺(tái)，滑坡變形破壞模式為累進(jìn)破壞的牽引模式（蠕滑一拉裂型），下滑力主要來(lái)自滑坡前部，對(duì)于此類滑坡，坡腳堆載反壓措施能改變滑坡前緣臨空狀態(tài)、增加滑坡前緣阻滑作用。在大氣降水沖刷下滲及其他因素的影響下，土體強(qiáng)度降低，變形逐步累積，滑面逐步加深，最終形成整體性的滑動(dòng)破壞變形。

4在反壓作用下的滑帶參數(shù)計(jì)算

對(duì)于已經(jīng)滑動(dòng)的滑坡，采用反算法計(jì)算滑坡滑動(dòng)帶參數(shù)指標(biāo)可作為工程處置設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)之一，本滑坡滑動(dòng)面以面狀為主，且滑動(dòng)面埋深較深，很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)判斷滑動(dòng)帶參數(shù)，故基于滑坡主滑動(dòng)面模型，將整個(gè)滑坡看作一個(gè)整體，采用不平衡推力法對(duì)滑坡參數(shù)進(jìn)行反算。

4.1參數(shù)敏感性分析

滑動(dòng)帶參數(shù)主要為抗剪強(qiáng)度參數(shù)粘聚力c與內(nèi)摩擦角Ф值，在滑動(dòng)帶參數(shù)反算過(guò)程中，需要考慮不同組合的c、Ф，并通過(guò)勘察工程的情況選擇最適合的參數(shù)。此分析采用控制變量的計(jì)算方法，計(jì)算不同組合c、Ф值對(duì)穩(wěn)定系數(shù)風(fēng)的影響。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。滑面c、Ф值的變化對(duì)穩(wěn)定系數(shù)Fs的影響較大，且Ф值變動(dòng)對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響要大于c值變動(dòng)的影響，說(shuō)明穩(wěn)定系數(shù)風(fēng)對(duì)Ф值變動(dòng)更為敏感。在進(jìn)行參數(shù)反演分析時(shí)，可預(yù)先確定粘聚力c值，再根據(jù)反演模型計(jì)算Ф值。

4.2滑動(dòng)帶力學(xué)參數(shù)反演計(jì)算

為了獲得準(zhǔn)確參數(shù)，計(jì)算滑坡在采取反壓處治措施前，在天然狀態(tài)下處于蠕動(dòng)變形的狀態(tài)，判斷滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs=O.98。勘察時(shí)未發(fā)現(xiàn)地下水位，故滑坡計(jì)算采用在自重工況下進(jìn)行反演分析。設(shè)定c值為12kPa、14kPa、16kPa、18kPa、20kPa，將滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.98作為反演計(jì)算目標(biāo)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的Ф值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。從圖中曲線可以看出，不同c、Ф值組合都能滿足反算穩(wěn)定性系數(shù)的要求，采用綜合分析法進(jìn)行參數(shù)確定，結(jié)合滑坡土體試驗(yàn)參數(shù)、滑坡性質(zhì)、滑坡機(jī)理、滑坡發(fā)育階段等綜合取值。根據(jù)勘察成果，滑面主要位于第四系殘破積層中，以黏土混角礫為主，該層土樣天然狀態(tài)下快剪試驗(yàn)成果為c=30kPa、Ф=20°，滑動(dòng)面以黏性物質(zhì)為主，滑坡為前緣臨空失穩(wěn)導(dǎo)致的后緣牽引式滑坡，目前正處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)，故在本例中，c值可以取試算的較高值20kPa，對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦角Ф=13.55°。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)開(kāi)展了坡腳堆載反壓措施的邊坡滑坡進(jìn)行了深層位移、地表位移監(jiān)測(cè)，并通過(guò)反算法計(jì)算了滑坡滑帶土的參數(shù)，可以得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)于正在滑動(dòng)的邊坡在開(kāi)展坡腳堆載反壓后，邊坡坡體仍處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)，但變形速率大大降低，坡腳堆載反壓措施能有效阻擋滑坡向下變形的趨勢(shì)，為后續(xù)滑坡勘察、設(shè)計(jì)、處治施工贏得了寶貴的時(shí)間。

（2）通過(guò)深層測(cè)斜、地表測(cè)斜、滑坡勘察等綜合手段分析，本滑坡變形破壞模式為累進(jìn)破壞的牽引模式（蠕滑一拉裂型），下滑力主要來(lái)自滑坡前部，對(duì)于此類滑坡，坡腳堆載反壓措施能改變滑坡前緣臨空狀態(tài)、增加滑坡前緣阻滑作用。

（3）通過(guò)對(duì)滑坡滑動(dòng)帶參數(shù)進(jìn)行反算研究，結(jié)果顯示穩(wěn)定系數(shù)FS對(duì)Ф值變動(dòng)更為敏感，在確定c值的條件下，采用綜合研究法確定本滑坡處治所采用的滑帶參數(shù)為c=20kPa、Ф=13.55°。

（4）綜合本文成果，可以為后續(xù)公路滑坡工程應(yīng)急處治措施提供參考。