地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理方法

2015-12-19刘海波

西部探矿工程 2015年8期

关键词：坡脚滑坡体滑动

刘海波

（甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉735000）

地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理方法

刘海波*

（甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉735000）

通过对地质灾害治理工程施工中岩（土）体滑坡形成的原因及危害性进行综合分析，阐述了滑坡体的分类及基本特征、岩（土）体的地质结构对边坡稳定性的影响，提出了边坡稳定性计算方法和人工边坡稳定坡度的参考数据，并根据以往施工经验及工程实例，着重介绍了对非稳定边坡进行滑坡治理所采用的一般处理方法。

滑坡原因；滑坡分类；基本特征；稳定分析；治理方法

岩（土）体边坡稳定问题是地质灾害治理工程施工中经常遇到的工程地质问题，它对整体工程的经济造价、安全施工和后续投入使用影响甚大，具有显著的危害性。非稳定边坡对建筑物和道路造成影响或危害的主要表现形式为缺乏足够的抗滑稳定性，在各种荷载作用下坡体沿着一定的软弱结构面下滑，从而发生局部或大面积滑坡。因此，分析岩（土）体滑坡形成的原因和特征，继而对其进行综合治理，是地质灾害治理工程施工中非常重要的环节。

1 滑坡形成的原因

无论是岩质边坡还是土质边坡，其稳定因素和滑坡形成的原因很多。根据笔者在西北地区进行滑坡治理的施工经验，综合归纳大致有如下几种类型：

1.1 岩（土）体的物理性质

岩（土）体的物理性质决定其力学强度和抵抗外力的能力，一般情况下凡含有较多粘土矿物及亲水矿物并易于软化的岩石，如粘土、泥岩、页岩、泥灰岩、凝灰岩、云母片岩、滑石片岩等具层状结构的岩石，以及各种含有泥质充填物的破碎带等，均易于软化，从而降低其力学强度，常可导致滑坡的发生。

1.2 岩体内结构面的发育特征

岩体内发育的各种结构面，破坏了岩体的完整性，这是发生岩质滑坡的必要条件，西北秦岭和祁连山区所发生的滑坡绝大部分属此种类型。当岩体被结构面切割与边坡呈分离状态且结构面的抗剪强度小于滑坡体的剪应力并具有滑动临空面时，就可能导致滑坡的发生。对于松散岩体，虽然不具备明显的地质结构面，但当其本身的抗剪强度小于边坡的剪力时，也可能出现滑坡现象。

1.3 外部浸水对边坡的破坏作用

大部分边坡变形滑移多发生在雨季，对水工建筑物而言，在水库蓄水初期或库水消落期间滑坡居多，证明水对边坡稳定性的影响是十分显著的。究其原因，笔者认为有如下几种情况：一是水可促进滑动带土石的强度显著降低；二是水的冲刷作用破坏坡脚引起滑坡；三是水库蓄水引起库岸边坡失稳滑动。

1.4 地震对边坡的破坏作用

区域地震作用使岩（土）体结构在短时间内发生剧烈破坏，在地震波的反复冲击震荡下，边坡岩（土）体沿原有结构面或由地震所产生的新的结构面发生滑坡。一般情况下，地震烈度在6级以上时诱发山体滑坡的可能性是很大的，如汶川大地震曾使山体产生许多滑坡。

1.5 人为因素的影响

包括人工削坡、爆破及倾斜边坡的垦植破坏、引水灌溉导致浸水渗漏等，均可造成滑坡现象的发生。

2 滑坡的分类及特征

根据西北地区野外地质勘查实际情况，可粗略地将滑坡体按岩性分为5类，其各类滑坡体的基本特征为：

2.1 粘性土滑坡

均质粘性土中的滑坡受浸水作用显著，干燥时呈裂缝状态，遇水时膨胀、崩解，呈软塑或流动状态，抗剪强度剧降。这种类型的滑坡与降雨关系极为密切，具有“大雨大滑，小雨小滑”的特点。其滑动面呈圆弧形，滑坡体与底部母岩均为粘性土，故在野外鉴定时称之为同类土滑坡。

2.2 黄土滑坡

系发生在不同的黄土层中的滑坡，多群集出现，常见于高阶地前缘斜坡上。此类滑坡中，一般滑动速度较快，变形急剧，规模及动能较大，破坏力强，多具崩塌性。西北地区黄土结构松散，垂直裂隙发育，透水性强，雨后常形成窝状地下水，黄土经浸泡软化，其抗剪强度显著下降，继而形成滑坡。

2.3 碎石土滑坡

系发生在倾斜边坡上各种堆积层中的滑坡，一般多沿基岩顶面滑动，少部分沿不同时期的堆积层面滑动，滑动面（带）多数由一些粘土夹层或风化千枚岩、炭质页岩构成，且均为潮湿的或饱和的并经常发现有窝状地下水活动（但滑体内含水量很少）。基岩顶面与斜坡坡面倾向一致时，无论其岩性如何，其上的碎石土都存在滑动的可能。

2.4 均质软岩滑坡

在泥岩、页岩、泥灰岩等软弱岩石中，岩性大体均一，软弱面的强度与岩石强度基本相同。当斜坡上的剪切力大于岩石的抗剪强度时，形成近乎圆弧状的滑动面，在滑坡体滑动过程中可顺势旋转，具有明显的主滑与抗滑地段。工程施工中人工开挖边坡时，这种滑坡的规模较小，一般仅数十立方米，而在高陡的河岸则具有较大规模的滑坡发生。

2.5 坚硬岩石内的滑坡

系沿坚硬岩石内的软弱面发生的滑坡，其主要特征是滑动面均在坡脚以上。滑坡体通常呈块状，含水量很少，滑坡受一个或几个软弱结构面控制，滑坡壁则受构造切割面控制。当岩层的倾向和边坡的倾向一致（外斜岩层边坡）时，由于人工切削坡脚或河流冲淘坡脚，斜坡极易发生顺层滑动，从而形成顺层滑坡。

3 边坡稳定性分析

3.1 边坡结构对稳定性的影响

边坡岩（土）体的地质结构是滑坡产生的内在因素，结构面的组合控制着滑动的条件、规模、形式及方向，特别是滑动面的形态对稳定性影响更大。野外进行地质灾害治理勘查及地质灾害治理施工时，应着重注意以下几个方面：

（1）顺坡结构面易于形成滑动面。当层面倾角小于地形坡脚时，沿层面形成完整的滑动面；当层面倾角大于地形坡脚时，应注意层面与缓倾角的节理组合的滑动面。当层面倾角很缓时，一般情况下是稳定的，但结构面抗剪强度较低，亦应注意沿软弱面的滑动。

（2）反坡结构面在一般情况下是稳定的，但应注意岩（土）体往往被多组不同的结构面所切割，特别是节理发育岩石破碎地段，易于形成组合滑动面。在岩石较软弱或节理发育的位置，由于岸坡重力作用的影响也可能产生松动变形。

（3）圆弧形滑动面。松散体的滑坡，往往具有圆弧形的滑动面；某些基岩的滑坡，往往也有切层现象形成类似的弧形滑动面。在边坡治理中采用压脚或减荷（减少上部重量）的方法可有效抑制此类滑坡的发生。

3.2 边坡稳定性计算

在野外进行地质灾害治理勘查及地质灾害治理施工中，一般是用稳定系数K（阻滑力与下滑力的比值）来判定边坡的稳定性。当K＝1时，边坡处于临界状态；当K＞1时，边坡处于稳定状态；当K＜1时，边坡处于非稳定状态。其计算公式为：

K＝（N·tanφ+F·S）/T（N＝G·cosω T＝G· sinω）

式中：G——岩（土）体重量；

N——岩（土）体重量在滑动面上的垂直分力；

T——岩（土）体重量在滑动面上的平行分力；

F——滑动面的凝聚力；

S——滑动面的面积；

ω——滑动面的倾角；

tanφ——滑动面的摩擦系数。

3.3 人工边坡稳定坡度的选择

在实际施工中天然边坡往往不能满足工程设计要求，需通过开挖、切削、回填等手段对原有边坡进行改造或重新修筑边坡，以形成稳定的、可供利用的人工边坡。在确定人工边坡的稳定坡度时，除应考虑岩（土）体的物理性质、结构面的组合和滑动面的抗剪强度外，还需考虑各种外力作用的影响（水流、荷载等），永久边坡和临时边坡的稳定坡度亦应有所区别。根据以往滑坡治理施工经验，一般常见地层人工边坡允许坡度如表1所示。

4 滑坡预防及治理措施

对于不稳定结构类型的边坡，根据其变形因素和变化规律，必须因地制宜地采取治理措施，防止发生严重变形破坏。根据以往施工经验，对非稳定边坡进行滑坡治理一般采用如下几种方法：

4.1 地表或地下排水

水的浸泡作用是形成滑坡的重要因素，地表水的下渗增加了下滑力，软化了滑动面，使滑坡体产生浮力，大大降低了抗剪强度。地表排水系在滑坡体外修筑环形截水沟以及在滑坡体内修筑放射状排水沟，地下排水一般是在滑坡体内设置排水平洞或开挖渗沟等。

表1 人工边坡允许坡度参考值

4.2 抗滑挡土墙

设置挡土墙是滑坡治理经常采用的有效措施之一，对于大型滑坡做为排水、减重等综合措施的一部分，对于中小型滑坡常与支撑渗沟联合使用。其优点是破坏山体平衡小，稳定滑坡收效快。

4.3 抗滑桩

以各种形式的桩体嵌入滑动面之下，用以阻止坡体滑动。在桩身材料上分为木桩、钢管（钢板）桩、钢筋混凝土桩等，在布置形式上分为相互连接、相互间隔、相互交错等排桩，一般适用于浅层及中厚层滑坡。

4.4 钢筋（钢索）锚固

不稳定或已出现裂隙的岩体边坡，当岩石较完整时可以用钢筋（钢索）锚固的方法予以处理。锚杆长度一般应穿过滑坡体深入母岩不小于1/3锚杆长度。锚杆制作材料可由具有一定强度的钢筋束或钢索组成，其周围应压入高标号水泥浆封堵固定，与围岩连为一体。在必要情况下，可对锚杆（锚索）施加一定的预应力，形成预应力锚杆（锚索）。

4.5 减荷与压脚

这种处理方法的目的是力求改善边坡的平衡条件，通过上部减荷以减小下滑力，下部压脚以增大阻滑力。对于滑动面上陡下缓推移式滑坡，减荷效果较为明显。当滑动面在坡脚上翘即存在反弧时，则采用压脚的处理方法其效果较为明显。当滑动面上下一致甚至上缓下陡时，不宜采用此种处理方法。

5 工程实例

位于甘肃省境内河西走廊某水库大坝，其上游左岸为一顺向边坡，坡脚岩层已被河流冲刷切断。边坡岩层为泥盆系的石英砂岩夹薄层页岩，页岩受层间错动影响呈破碎泥化状态，构成滑动控制面。岩层走向NE60°～70°，产状倾向河中，上陡下缓，上部倾角30°～38°，下部倾角18°～30°。坡体位于1350～1436m高程之间，上部宽约150m，沿水面宽约185m，厚度10～13m，总体积约68×104m3。因地质作用而产生的3条断层将坡体由上而下大致分割成3部分，经野外勘查试验并参考经验数据，摩擦系数确定为0.29、0.31、0.48，凝聚力确定为0.1、0.3、0.25，其地质剖面及现场岩体分布情况如图1所示。

图1 大坝地质面及现场岩体分布情况

经对该边坡进行稳定计算，边坡稳定系数K= 0.92，接近于临界状态。通过野外现场勘查，该河段同类边坡滑动面倾角在30°以上的绝大部分都已滑落，但该段边坡由于断层切割和下部岩层平缓，使岩体尚保持稳定状态。分析研究现场不稳定因素，首先当水库蓄水后，边坡下部较平缓的地段将被淹没，下部受浮托力影响较大；其次随地下水位升高，滑动面处于长期饱和状态，抗剪强度将会明显降低；再者其坡脚岩层已被河流冲刷切断，具有滑动临空面。由此推断水库蓄水后该边坡是不稳定的，必须采取有效的治理措施。

鉴于以上实际情况，我们对该边坡采取了如下治理措施：

（1）清除坡体上部覆盖层及风化基岩表层，人工削坡约9.6×104m3，通过上部减荷降低下滑力，改善了边坡的平衡条件；

（2）为防止降雨下渗，恶化边坡稳定性，在重点区域特别是3条断裂带部位采用了浇灌水泥浆液及砂浆护面的处理方法；

（3）沿坡脚修筑了一道长200m的混凝土挡墙，并兼做防波堤之用。此举不仅有效阻挡了河流对坡脚的冲刷破坏，而且封堵了地下水位对滑动面的浸润通道，又填补了滑动临空面，可谓一举三得，对坡体稳定起到至关重要的作用；

（4）自坡脚开始沿坡面布设施工6排预应力锚索，呈梅花形布置。其排距和锚索间距均为25m，锚索长度根据坡体厚度确定，以穿过坡体滑动面进入稳定基岩面不小于坡体厚度为宜。其施工工序分钻孔、灌浆、张拉3步，在钻孔中植入锚索后，用高压泵注入高标号水泥浆液封堵固定，待凝14d后对锚索进行张拉，施加一定预应力。

通过采取以上措施对该边坡进行综合治理，基本上消除了不稳定因素的影响。水库正常蓄水后，其坡脚及下部较平缓的地段在浸水淹没情况下，该段边坡仍然长期处于稳定状态，取得了较为理想的治理效果。

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