膨胀土滑坡深部位移监测与分析＊

张新生

(中铁十二局集团有限公司，山西太原 030024)

膨胀土滑坡深部位移监测与分析＊

张新生

(中铁十二局集团有限公司，山西太原 030024)

利用测斜仪和PVC测斜管对试验工点膨胀土滑坡的深部位移进行监测与分析。监测结果表明:该工点膨胀土滑坡滑动面较浅，位于坡面下3.5～5.5 m;滑动带含砂率较高，地下水和雨水下渗导致该层土的黏聚力和摩擦角减小，这是出现滑坡的重要原因;浅层坡残积膨胀土与下层全风化泥岩的分界面处形成了隔水层，降雨量大时滑动土体出现较大的塑流性移动，极易超过测斜管的变形极限。

膨胀土;滑坡;位移监测;PVC测斜管变形性质

膨胀土主要的黏粒成分是蒙脱石、伊利石、高岭土等亲水性矿物，具有明显的失水收缩和吸水膨胀特性，裂隙发育，而由膨胀土引发的地质灾害给人类带来了极大的灾难。膨胀土滑坡则是典型的难以治理的地质灾害之一。膨胀土所具有湿胀干缩、超固结和裂隙发育的“三性”特点，使得膨胀土滑坡受降雨的影响极大且难以治理［1－3］。

边坡深部位移监测是滑坡监测中最重要的内容，它直接反映坡体的移动和演化规律，并确定滑动面［4］。本文以湘桂铁路柳州至南宁段扩能改造工程(简称柳南线)D1K736+915－D1K737+400膨胀土路堑边坡为工程背景，在支挡结构施工前利用测斜管监测边坡的深部位移，以确定滑动面的位置及位移的大小和方向，为边坡支挡结构及下方线路的安全施工提供依据。

1 工程概况

1.1 气候条件

试验工点位于广西省南宁市兴宁区。南宁属于亚热带季风气候区，阳光充足，辐射强，热量大，导致膨胀土边坡土体裂隙高度发育;同时雨量充沛，年降雨量1 300 mm左右，其中4月～9月间降雨量占年降雨量的75%左右;雨季正好与热季重叠。在雨季，大、暴雨过于集中，而本试验工点的施工期正好经历了这段时间，给施工和监测带来了极大的困难。

1.2 地质条件

本段路堑，最大开挖高度约9 m，边坡表层为坡残积弱膨胀土，土层性状为:粉质黏土，褐黄色，褐灰色，硬塑状，有砂感，分布于丘坡缓坡地段，厚2～8 m，为弱至中等膨胀土;以下依次为全风化层(呈土状或砂状，本层中泥岩为弱膨胀岩)、强风化层泥岩夹泥质砂岩和弱风化泥岩。

在表层膨胀土层与全风化层的分界面或过渡层中，含砂率极高，局部地段为全风化泥质砂岩，该过渡层位于膨胀土的气候作用层附近，在地下水的冲刷和渗透作用下极易发展为滑坡的滑动面。

1.3 滑坡特征

在按坡率1∶1.75刷坡开挖至桩顶设计高程以后，经过几次强降雨过程后出现局部滑坡，由于时值雨季和热季重叠，多次降雨之后，滑坡逐渐向上发展形成牵引式滑坡。在滑坡体后缘已清晰可见灰白色滑动面，滑床为全风化弱膨胀性泥岩。其中D1K737+220～D1K737+265区段范围内为塌陷区，平均塌陷深度为1.5 m，该区域土体完全失去整体性，对下方支挡结构和线路威胁性极大。滑坡体主轴与线路前进方向大约为60°夹角，滑坡后缘与前缘高差24.84 m。

边坡原方案为一级边坡，采用抗滑桩+锚杆框架梁支护;出现滑坡后，设计方案变更为两级边坡，增加一排抗滑桩，坡率从1∶1.75 变更为1∶2.5。

图1为滑坡断面示意图。

图1 滑坡断面示意图Fig.1 Cross－ section diagram of landslide

2 深部位移监测方案

2.1 监测方法及原理

边坡深部位移监测广泛采用的方法是在拟定的监测点布置测斜管。测斜管底部要放在稳定的岩层中，保证测斜管的底部不发生水平位移和沉降。测斜管大多采用PVC管，其测量位移的原理如图2所示。在拟定位置布置好测斜管后，在管内放入一个固定长(标距一般为0.5 m)的探头，测头沿管中导槽缓缓滑动。测斜管与被测坡体同步倾斜，通过向上或向下移动探头，就能测出相应位置测斜管的倾斜角度。通过这种方法可以得出测斜管上的任意一点相对于管底的位移大小。

图2 测斜管测斜原理示意图Fig.2 Principle diagram of inclinometer pipe

2.2 测点布置

由于监测方案形成以前，试验工点处路堑边坡已经出现滑坡，且当时正值雨季，表层土体散碎且含水量大，给路基、边坡施工以及监测方案的选点和布点工作带来困难。监测方案布置了8个深部位移监测点，如图3所示。

图3 深部位移监测网布置平面示意图Fig.3 Arrangement plan of deep displacement monitoring stations

3 监测结果分析

3.1 监测过程中的问题及处理

在深部位移监测实施过程中，问题主要集中出现在测斜管的钻孔和埋设期间。时值7月末8月初，是南宁地区降雨量最大雨季，边坡土体含水量较高，局部土体表面可见积水和淤泥，坡脚有大量积水，地下水活跃。

CX1－2在埋设完成后第2 d便无法测试数据，利用小型塑料管深入测斜管内发现，在地表以下4 m处被剪断，由此可以合理推断滑动面的位置很可能在4 m左右;CX2－2埋设后，尚未测得数据就被剪断，断口深度为地面以下3.5 m;CX3－2在测得2次数据后也被破坏，原因是该测点周围存在较多的散碎土体和有机质淤泥，含有很多石块，CX3－2在底下1.5 m处被挤断，断口以下的PVC管明显严重倾斜，说明其下仍存在断裂。对于出现剪短的测斜管，在天气放晴之后，紧邻原设计位置重新钻孔放管。

测斜管被折断的现象在深部位移监测中较为常见，其根本原因是测斜管大多采用 PVC管。PVC测斜管较脆，滑坡一旦出现较大位移的滑动，测斜管极易被折断。

如果仅仅是为了探明滑动面的位置，利用早期滑坡监测时使用的变形井法、管节法［2］以及日本最先开始使用的应变管法就可以达到目的，这些方法位移测量精度不高，但可以用于确定浅层滑坡的滑动面位置，而膨胀土边坡的滑动面一般较浅，这些方法在确定滑动面时是适用的且更加经济。如果需要确定滑坡位移大小、速率及方向，测斜管显然更加具有优势。但对于位移较大的滑坡，由于测斜管脆性易断这一缺点，限制了测斜管的应用。

3.2 位移监测成果分析

对各主要测点的监测结果进行分析，分述如下。

(1)CX2－1和CX3－1位于一级边坡坡脚(靠近下排抗滑桩)，其监测结果分别如图4～5所示。

从图4可以看出，CX2－1测得的最大位移为25.29 mm，位于地表以下约4 m处，结合现场3根测斜管剪断位置可以推断，此处滑动面位于原坡面以下4 m左右。根据设计方案，此处刷坡后的高程已在该滑动面以下，即支护结构施工完成后，一级边坡上不存在滑动体。CX3－1测得的水平位移地表下8 m以内较为明显，而该位置正好处于表层膨胀土与全风化层的分界面附近，位移值在11.95～15.55 mm之间;8 m以下位移值较小，在10.0 mm以下变化;监测期间最大水平位移为15.55 mm，在地表以下2.0 m处。

(2)CX0－2，CX2－2和 CX3－2布置于二级平台的设计位置处，该平台已按设计方案形成，由于之后发生了滑坡，布点和测试时，该平台已被垮下的土方埋掉。监测结果如图6～8所示。

图4 CX2－1深部位移监测结果Fig.4 Deep displacement monitoring results of CX2 －1

图5 CX3－1深部位移监测结果Fig.5 Deep displacement monitoring results of CX3 －1

CX0－2所处里程大致为D1K737+220，从该测点开始向小里程方向为稳定边坡，经过近20 d的监测发现，CX0－2深部位移变化不明显，主要发生在上部约4 m的范围内，孔口附近位移最大，仅4 mm，如图6所示。

图6 CX0－2深部位移监测结果Fig.6 Deep displacement monitoring results of CX0 －2

图7 CX2－2深部位移监测结果Fig.7 Deep displacement monitoring results of CX2 －2

尽管图7和图8的滑动面并不明显，无法直接判断CX2－2和CX3－2的滑动面位置。但CX1－2和CX2－2在埋设不久后都曾被剪断，剪断的位置在3.5～4 m，因此可以确定，此处滑动面在原坡面以下4 m左右。对CX2－2监测了12 d，其后因强降雨作用测斜管被剪断，监测终止，其最大位移在地表以下1.0 m 范围内，在19.61～20.19 mm之间变化;对CX3－2监测了6 d，测得最大位移在地表以下 2.0 ～3.0 m 范围内，最大值为 8.0 mm。

图8 CX3－2深部位移监测结果Fig.8 Deep displacement monitoring results of CX3 －2

(3)CX2－3和CX3－3的位置接近二级边坡坡顶，其监测结果分别如图9～10所示。

图9 CX2－3深部位移监测结果Fig.9 Deep displacement monitoring results of CX2 －3

从图9和图10判断CX2－3和CX3－3滑动面位置分别位于在地表以下5.5 m和6.0 m附近。CX2－3的最大位移值为7.5 mm，位于地表以下5.5 m处;CX3－3具有较明显的滑动面，在地表以下6 m处测得位移19.05 mm，但最大位移在地表以下 1.5 m 处，为20.95 mm。

图10 CX3－3深部位移监测结果Fig．10 Deep displacement monitoring results of CX3－3

此次监测过程从2010年8月初开始，持续近30 d，这期间滑坡区域内的刷坡和支挡结构施工尚未开始。综合以上分析，滑坡的深部位移规律反映了膨胀土的浅层破坏特性。二级边坡坡顶的设计位置实际上正好在滑坡中部，由CX2－3和CX3－3测得该区域最大位移发生在地表下5.5～6.0 m范围内;一级边坡坡脚设计位置处的土体在地表下8 m范围内位移变化明显，而最大位移大多出现在地表以下0.5～4 m的范围内。在2010年8月23～26日的新一轮强降雨作用下，除CX0－2以外，其余测斜管全部在滑动面处被剪断，根据测斜管最大变形能力为250 mm，推测滑动面处土体平均位移超过250 mm。

从以上监测结果中也可以发现，CX0－2位于稳定段;其余位于滑动体上的测点，“生存”时间都较短，其中，时间最短的测点为CX1－2，不到1 d便被剪断，监测时间最长的测点为CX2－1和CX3－1，持续监测了16 d。在未降雨或降雨量较小时，滑坡深部位移很小，测得所有测点中的最大位移仅为7.5～25.29 mm;而一旦出现较大降雨，滑坡位移又很大，很快就超过了测斜管的变形能力(250 mm)。这说明降雨是膨胀土滑坡位移的主要原因。

4 结论

(1)深部最大位移范围为地表以下3.5～5.5 m，这是滑动带所在区域，该区域含砂率较高。水(地下水和降雨)的冲刷作用将会导致该层土的黏聚力和摩擦角都很小，这是出现滑坡的重要原因。

(2)工点内滑坡为降雨型滑坡，降雨是引发工点内膨胀土边坡位移和破坏的主要因素。

(3)试验工点内的膨胀土滑坡，由于雨季和热季的重叠，频繁的干湿循环已经导致土体裂隙高度发育，又因浅层坡残积膨胀土与下层全风化泥岩的分界面明显，在分界面处形成了隔水层。南宁雨季的降雨量很大，这就常常导致工点内滑动土体出现较大的塑流性移动。因此除了加强支护，还必须重视排水防水设施的应用。

(4)监测过程中出现的问题说明，在边坡位移不大时，PVC测斜管可以较为精确地确定边坡深部位移的大小、方向以及滑动面的位置;但由于脆性易断的缺点，导致其不适合于位移较大的滑坡位移测量。

［1］陈善雄.膨胀土工程特性与处治技术研究［D］.武汉:华中科技大学，2006.

CHEN Shan-xiong.Study on engineering behaviors of expansive soils and its treatment measures［D］.Wuhan:Huazhong University of Science and Technology，2006.

［2］王恭先.滑坡学与滑坡防治技术［M］.北京:中国铁道出版社，2007.WANG Gong-xian.The theory and control technique of landslide［M］.Beijing:China Railway Press，2007.

［3］陈生水，郑澄锋，王国利.膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究［J］.岩土工程学报，2007，29(6):795－799.

CHEN Sheng-shui，ZHENG Cheng-feng，WANG Guo-li.Researches on long－term strength deformation characteristics and stability of expansive soil slopes［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2007，29(6):795 －799.

［4］陈 涛，金亮星.湘西某滑坡整治深部位移监测分析［J］.铁道科学与工程学报，2008，5(6):42 －47.

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

中铁十二局集团有限公司项目(中铁十二局集团科［2010］44号)

张新生(1968－)，男，山西太原人，高级工程师，从事铁路建设施工技术和管理工作