某高边坡失稳机制分析及加固处理

凌　潇， 田　华， 胡　鹏

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院， 四川 成都　610059；

2.核工业西南勘察设计研究院有限公司， 四川 成都　610059)



某高边坡失稳机制分析及加固处理

凌潇1， 田华2， 胡鹏2

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院， 四川 成都610059；

2.核工业西南勘察设计研究院有限公司， 四川 成都610059)

摘要：为了解四川广元某工程的边坡失稳破坏机制，调查了工程区的地质条件、地层岩性、水文地质特征，总结分析了该边坡失稳的原因是由于强降雨引起边坡地下水水位及水压力急剧上升，增加了边坡的不稳定性，并因为施工开挖切脚且未及时支护，导致边坡前缘临空，从而形成一个牵引式滑坡.再选取典型剖面对失稳后的边坡采用传递系数法、极限平衡法进行稳定性分析计算，结果表明边坡处于欠稳定、不稳定状态，并结合计算结果对边坡采取抗滑桩、坡面格构锚索等加固措施.

关键词：边坡；失稳机制分析；稳定性分析；加固处理

0工程概况

随着我国经济的快速发展，中西部的山岭地区也开始发展建设一些大型工程，由于地形条件的限制，在建设的过程中必然会形成许多高陡边坡.作为本研究对象的某工程位于四川省广元市，由于场地原因需要对山体进行削坡处理，工程开挖后形成最高达约100 m的高边坡.2013年5月受强降雨影响，该边坡出现变形、滑动迹象，发育形成滑坡，随后勘察、设计单位对该滑坡进行了专项的地质灾害勘查、设计工作，并采用截排水和格构锚索进行治理.2014年进入雨季后，受7月的强降雨影响，该滑坡变形再次加剧，所产生的滑动解体堆积于坡脚处，堆积体方量巨大，滑坡滑动造成坡体原有格构、锚索、排水系统损毁.同时，边坡南侧和西侧也出现不同程度的变形，坡面发育大量裂缝，形成不稳定斜坡.因坡脚为在建的工程，破坏后果很严重，为了确保工程及人员的安全，需对该边坡进行抢险加固处理.

1灾害体特征

本研究工程区在平面上整体呈一不规则的矩形，微地貌上斜坡与平台相间呈现，从上到下呈重复的“陡—缓"之势.该区受滑坡影响，形成多样的微地貌形态，如滑坡、边坡、自然斜坡、洼地、冲沟等.灾害区主要由已发生滑动的区域(1区)及受滑坡、边坡开挖影响的变形区(2区)组成，如图1所示.

1区—滑坡区，2区—变形区

滑动的区域(1区)位于NE侧，滑坡底宽约150 m，平均斜长约220 m，滑体厚约12 m，体积约33×104m3，滑动方向343 °，平均坡度约15 °.滑坡平面上呈长舌状，前缘呈弧形，中部652～675 m高程发育两级平台，688～694 m高程上为一滑坡洼地，长、宽约20 m，降雨后洼地内可见积水，后缘为基岩陡壁，岩性为泥质页岩，岩层产状5 °∠65 °，滑坡前缘、中部、后缘均发育有拉张裂缝，两侧发育剪切裂缝.滑坡上部及西侧边界发育有一冲沟，该冲沟在截水沟以上仍保留其原始沟道，其自南向北流迳，但由于截水沟未能有效截水，冲沟内的水流进入下部滑坡体后，重新冲刷出新的沟道.受滑坡滑动影响，灾害区南侧和西侧形成变形区(2区)，平面上呈一不规则的倒梯形.其中，截水沟东侧变形区按地形条件分为上(696～723 m)、中(676～696 m)、下(636～676 m)3部分.上部坡向为9 °、平均坡度约18 °，与滑坡相邻位置为汇水的负地形，地表可见树木歪斜；中部仍保留了台阶状的人工边坡地形(每10 m布设一级马道)，平均坡度约31 °，但受滑坡影响，在临近滑坡边界位置拉裂缝发育，部分格构架空，局部基岩裸露；下部为斜坡地带，平均坡度约22 °，植被茂密，坡体发育少量拉张裂缝.截水沟以西，目前受人工活动影响较小，坡向354 °，坡度约22 °，大部植被茂密，发育少量裂缝.

目前，该边坡1区已发生整体滑坡，滑坡周界明显，洼地、滑坡平台等滑坡地貌特征突出.受滑坡滑动影响，目前工程区多处出现变形裂缝，一、二级平台内，可见明显拉裂缝，由数条平行拉裂缝组成，发育方向多与滑坡滑动方向垂直，长度10～30 m，宽度一般0.2～0.5 m，可见深度一般0.1～0.5 m，多充填粉质粘土、角砾等，结构松散；在平台周边由于滑坡剪切作用形成多组羽状裂隙，延伸近SN向，延伸长度约13～30 m；此外滑体前缘由于堆积体挤压，也形成多组鼓胀裂缝，裂缝呈拉张性质，多充填粉质粘土、角砾充填，结构松散.

2失稳机制分析

2.1地层岩性

2.2地质构造

工程区位于龙门山印支褶皱带中的大茅山复背斜南东翼的南西侧，主体构造为一向斜，岩体层间张开度较大，是汇水区域，同时也是地下水径流的主要通道，降雨后坡面可见地下水呈股状流出现象.发育2条断层，为非能动断层.节理发育，剪性节理为主，可见延伸长度普遍为数十厘米到数米不等.结构面结合较差或一般，局部泥质填充，根据探槽内揭露的裂隙来看，部分成破碎带，厚度可达5～30 cm.同时还存在少数张性节理，节理面曲折、粗糙，常有泥质充填，倾角大小不均，延续性差、倾向散乱，仅在局部出露.

2.3水文地质特征

该工程边坡地下水含水介质主要为第四系松散岩孔隙、风化裂隙和构造裂隙，按含水介质特征，含水层分为第四系松散岩类孔隙含水层、风化裂隙含水层和构造裂隙含水带.地表水主要为分布在边坡西侧的一条冲沟，位于滑坡后缘，该沟由数条近南北向展布的冲沟组成，径流途径较短，属季节性冲沟.

2.4失稳机制分析

通过对边坡地质条件的调查，本研究认为边坡失稳主要有以下3个方面的原因.

1)由于工程区地质构造运动强烈，边坡坡体节理裂隙发育，且发育规模较大的裂隙密集带，成为地下水运动的径流通道和富集空间，沟通了不同含水层的联系，使场地水文地质条件变得复杂.

2)边坡后缘发育一条较大的冲沟，主要接收大气降雨的补给，由于边坡截水沟的修建，截断原始沟道，受强降雨的影响，冲沟流量急剧增大，导致地表水绕渗截水沟在滑坡后缘基覆界面汇集，对边坡的稳定性产生不利的影响.

3)边坡施工过程中，在后缘堆载，开挖导致前缘扰动、临空，坡体结构遭到破坏，应力场重新分布，变形发育为滑坡的发生提供了条件.滑坡中下部覆盖层较厚，势能较大，基覆界面相对平缓，滑坡后壁较陡，前缘因开挖形成临空面，使滑坡受到牵引而引起滑动.

综上所述，该边坡的失稳机制为：由于边坡所处地区地质构造运动强烈，节理裂隙发育，上覆层为松散的第四系堆积层，有着汇水的地形地貌，坡面排水系统不完善.在强降雨的影响下，边坡内地下水水位的急剧变化，地下水压力迅速增加，边坡土体重度增加，导致下滑力增加和抗滑力减小，为滑坡的发生提供了条件.此外，由于施工的不合理，在滑坡后缘堆载并在前缘开挖切脚，且未进行及时的支护，使得坡脚部位出现应力集中，首先出现剪切变形，而后迅速往边坡上部发展，最后形成主要沿基覆界面的渐进破坏面，从而形成了一个牵引式滑坡状况.

3稳定性分析与加固措施

3.1稳定性分析评价

3.1.1定性分析.

滑坡体滑动后堆积于前缘缓坡地带，达到了新的平衡.经地表监测，目前仅有前缘局部变形，坡体上的裂缝为滑坡所致，目前尚无新增裂缝.现状条件下边坡1区(滑坡堆积体)整体基本稳定.但在暴雨条件下，坡体现有裂缝有利于降雨入渗，使得土体饱和、重度增加，可能使其整体处于欠稳定状态.边坡2区虽未整体滑移，但受滑动牵引、挤压发生变形，其上部因滑坡而形成较大临空面，加之该部分属于汇水地形，局部长期处于饱水状态，坡体物质力学性质较差，目前已有裂缝发育，并有继续扩展之势，该部分现状整体基本稳定.若不及时治理，在暴雨等因素影响下，局部可能发生变形破坏，并具有大规模滑动的可能.

根据设计方案，该工程区前缘将进行大规模开挖，最终将形成台阶状的岩质边坡.拟建场地的边界在平面上呈折线性，即前缘的东、南、西3面均形成边坡临空面，其中南侧边坡层面缓倾坡外.因此，按照设计方案开挖后，南侧将形成顺倾的岩质边坡，在其自身岩体结构及卸荷作用下，局部可能出现变形，在暴雨、地震等外部因素作用下，边坡可能出现大规模变形破坏，甚至整体失稳.

3.1.2定量分析.

根据勘查报告，本工程区域稳定性计算及不稳定斜坡的抗剪强度参数主要是通过室内试验统计结合反分析、边坡现状等综合得出，稳定性计算参数详见表1.

表1　稳定性计算力学参数表

根据勘察报告中相关结论，本研究选择了5条剖面进行稳定性计算，分别为1-1′、2-2′、3-3′、4-4′、15-15′，具体如图2所示.计算工况及计算安全系数标准见表2，稳定性及剩余下滑力计算方法分别为传递系数法、极限平衡法和瑞典条分法，稳定性计算结果详见表3.

综合计算结果，对该边坡的稳定性可得出以下结论：

1)滑坡为土质滑坡，现已发生滑动，根据地表位移监测，结合定性定量分析结论认为，在现状条件下，滑坡整体处于基本稳定状态，而在暴雨等外部作用影响下，处于欠稳定状态.原治理工程在滑坡发生滑动后已全部破坏，起不到支护效果.因此，该工程区虽现状基本稳定，但若不采取进一步治理措施，在暴雨等因素的影响下仍可能出现变形破坏.

图2　边坡平面示意图

表3　稳定性计算结果统计表

2)变形区上部受地形影响，局部长期饱水，已出现裂缝等变形迹象，现状条件基本稳定，在暴雨工况下，处于基本稳定—欠稳定状态，地震工况下处于基本稳定状态，并具有大规模滑动的可能.中部虽仍保留边坡的格构锚索，但通过应力监测，发现该区锚索已不能起到有效的锚固作用，变形区内现有治理措施不能保持边坡稳定，需增加新的支护措施才能保证边坡的安全.

3)随着工程的建设，边坡前缘将进行大规模开挖，形成岩质边坡，岩层缓倾坡外，若不及时支护，可能出现变形破坏.天然工况下，边坡处于稳定—基本稳定状态；暴雨工况下基本稳定，但安全储备不足，地震工况处于稳定～基本稳定状态，若不及时进行支护，可能出现变形破坏，甚至整体滑移，直接威胁下部场地安全.

3.2加固治理措施

1)清理滑坡堆积体.根据勘查所提供的滑坡滑面线结合施工方案对滑坡堆积体进行清除，并对滑坡体按1∶1.25到1∶3.5分级放坡.

2)抗滑防治措施.针对边坡岩质边坡、上部变形体及滑坡两侧陡坎，布置抗滑桩、锚索等抗滑措施.

3)坡面防护措施.坡面采用矩形格构锚杆(索)护坡及人字形格构锚杆护坡，格构间设置土工格室，并培土播草绿化，马道采用混凝土硬化.

4)地表截排水措施.边坡后缘利用原有截水沟，马道排水采用梯形截面的排水沟，坡面排水采用竖向跌水沟.

5)地下排水措施.坡面布置仰斜式泄水孔，进入潜在滑面至少1 m.

4结语

在山区工程的建设与施工过程中，可能会产生许多高陡边坡，为保证工程的安全，在工程建设过程中应对工程区岩土体详尽勘察，并对可能失稳的坡体进行稳定性分析及机制研究后，结合研究结果采用合理有效的施工工艺，避免由于人为活动的影响造成边坡的失稳.本研究以一失稳高边坡为例，在对地质条件进行详细调查后，分析其失稳机制，并利用传递系数法等传统计算方法对边坡分区进行稳定性分析，得出边坡各区域仍有可能发生变形破坏.同时，结合边坡特征，提出了针对性的加固治理措施.现场监测表明，治理后该边坡整体处于稳定状体，治理效果明显有效，对类似工程可提供一定的参考.

参考文献：

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[7]郑颖人，陈祖煜，凌天青，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2007.

Instability Mechanism Analysis and Reinforcement Treatment of Certain High Slope

LINGXiao1，TIANHua2，HUPeng2

(1.College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Nuclear Industry Southwest Survey & Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610059, China)

Abstract:In order to understand the causes of the buckling failure of a slope of a certain project in Guangyuan,Sichuan,the researchers studied the geological conditions,formation lithology,hydrogeological characteristics of the area and then analyzed and summarized the main cause of slope instability.The heavy rainfall enhanced the groundwater level and water pressure of the slope dramatically which increased the instability of the slope.Then,the excavation caused a cut foot area at the slope,which further led to a freeing surface at the front of the slope,so finally a retrogressive landslide was formed.In the end,the researchers selected typical cross sections for stability analysis of the instable slope.Based on the calculation results,the corresponding reinforcement countermeasures were taken.

Key words:slope;instability mechanism analysis;stability analysis;reinforcement treatment

中图分类号：P642.22；TU432

文献标志码：A

作者简介：凌潇(1991 — )， 男， 硕士研究生， 从事岩土工程研究.

收稿日期：2016-01-12.

文章编号：1004-5422(2016)01-0095-04