边坡稳定性计算及防治设计

李川鄂 苏爱军

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

0 引言

三峡库区自2003年试验性蓄水以来，显著改变库岸的地质条件，特别是库水的周期性涨落极大影响滑坡体岩土体物理力学性质，滑体经常在饱和与非饱和状态之间转换，一些滑坡已处于临界稳定状态，若库水位快速变动时遭遇到强降雨，将极有可能触发滑坡失稳。中村浩之通过分析水库滑坡以及实例研究得到，诱发水库滑坡的主要原因是：浸水导致斜坡稳定性改变，库水位急剧降低，斜坡内超孔隙水压力作用，斜坡变得不稳定[1]。王思敬等将水库滑坡分为两类，一种是在水库的水岩作用影响下产生的滑坡；另一种是天然滑坡，无库水的直接作用，但有时也可因水库移民开发区的人类活动影响而发生滑动或岸坡大型崩塌[2]。王士天等认为水库滑坡产生的机制有两种：一种是潜在不稳定体在库水位达到敏感水位后滑体内孔隙水压力分布达到新的平衡过程中产生的滑坡；一种是发生在库水位消落，特别是快速消落期[3]。Lane and Griffth用有限元分析了库水位骤降和缓降对滑坡渗流场的影响[4]。Lane通过有限元法研究了不同库水位下降速率下库岸边坡稳定性情况[5]。

杏子树湾段位于长江支流童庄河左岸。2014年10月，杏子树湾西侧土质岸坡出现坍塌，坍塌长度近60 m，导致桐金公路中断。三峡水库蓄水至175 m以后，杏子树湾东侧杏子树湾滑坡出现变形，导致移民房屋开裂，它的变形随着时间还在加剧。同时，由于长江水位持续不断的波动，加上受当地经常暴雨的影响，东侧的杏子树湾滑坡可能随时失稳。

1 斜坡基本特征

桐金公路杏子树湾段位于秭归县郭家坝镇桐树湾村，距离郭家坝镇约20 km，童庄河在区域内呈自西向东流过。以杏子树沟为界，杏子树沟以东桐金公路外侧地势倾向南西，坡度20°～25°；杏子树沟以西地势倾向南东，桐金公路内侧为柑橘园、梯田，坡度20°～40°，公路外侧坡度30°～45°，公路外侧修建有挡土墙，挡土墙高2 m～5 m。

现场主要为侏罗系碎屑岩，地表多分布第四系崩坡积层、残坡积层覆盖层，基岩为聂家山组(J1-2n)上部为紫色中厚层状粉砂岩、含砾粘土质粉砂岩，夹少量的灰绿色薄层细砂岩和长石石英砂岩；中部为紫色薄—中厚层状粉砂岩与灰绿色细粒长石石英砂岩呈不等厚互层；下部为灰绿色薄—中厚层状粉砂质粘土岩、粉砂岩、长石石英砂岩，夹少量介壳灰岩和紫红色泥岩、粉砂岩。

2 滑坡稳定性分析与评价

采用传递系数法进行稳定性计算，选取西侧2—2′剖面、东侧6—6′剖面2个典型剖面(见图1,图2)，分别在四种不同的工况下计算其稳定性系数。

2.1 计算工况

选取四种典型工况进行稳定性计算：

工况1：自重+道路荷载+水库坝前175 m静水位；

工况2：自重+道路荷载+水库坝前175 m静水位+10年一遇暴雨；

工况3：自重+道路荷载+坝前水位从175 m降至145 m；

工况4：自重+道路荷载+坝前水位从175 m降至145 m +10年一遇暴雨。

2.2 参数反演分析

根据边坡的宏观特征，确定滑坡滑动面饱和状态下抗剪强度参数反演时的稳定系数取值为0.97～1.0。分别选取剖面2—2′与6—6′作为计算剖面进行参数反演分析，计算方法为传递系数法，计算工况为工况1 。根据参数反演分析结果，结合岩土体物理力学试验及当地经验，综合确定岩土体物理力学参数取值(见表1)。

表1 岩土体重度及抗剪强度参数取值

2.3 稳定性系数计算结果

选取西侧土质岸坡代表性剖面2—2′剖面与东侧杏子树湾滑坡代表性剖面6—6′剖面作为计算剖面，对各工况下的稳定性进行计算，稳定系数计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性系数计算结果

稳定性计算结果表明，杏子树湾西侧土质岸坡工况1和工况2处于不稳定状态；杏子树湾东侧杏子树湾滑坡6—6′剖面各工况下处于欠稳定与不稳定状态。

3 边坡防治设计

3.1 治理措施

杏子树湾段路基边坡防治设计方案治理措施为：桐金公路外侧布设抗滑桩，抗滑桩采用方桩，桩截面尺寸宽×高为1.5 m×2.0 m。

3.2 抗滑桩设计抗滑力

计算剖面。

选取代表性剖面2—2′与6—6′剖面作为计算剖面，计算剩余下滑力与主动土压力。考虑在安全系数为1.15下，用传递系数法计算剖面的剩余下滑力，计算得到的各剖面在集中不同工况下的剩余下滑力曲线如图3所示。

抗滑桩设计抗滑力和主动土压力计算结果见表3。

表3 剩余下滑力、主动土压力及抗滑桩设计抗滑力汇总表

3.3 分项工程设计

1)抗滑桩的受力条件。

作用于抗滑桩的外力包括：滑坡推力、受荷段地层(滑体)抗力、锚固段地层抗力、桩侧摩阻力、粘着力以及桩底应力。

滑坡推力作用于滑面以上的部分的桩背上，作用力的方向假定与滑面的方向是一致的。假定每根桩所受的滑坡推力是一个桩距(桩中心向左右分别延伸0.5倍桩距)范围里的滑坡推力的大小。推力的分布及作用点的位置与滑坡的类型、部位、地层性质、变形情况及地基系数等因素有关。对于液性指数较小、刚度较大和密实度较大的滑体，滑体的速度从顶层到底层大致是一样的，故可假定本滑面以上滑体作用于桩背的推力分布图形是矩形。

根据稳定性分析、剩余下滑力以及主动土压力的计算结果如表3所示设计抗滑桩。

2)抗滑桩的工程布置。

桐金公路杏子树湾段外侧布设抗滑桩，抗滑桩为方桩。抗滑桩桩顶高程180.50 m，桩中心间距5.0 m，桩截面宽×高为1.5 m×2 m，桩长17 m，嵌入深度6.5 m。

3)抗滑桩内力计算。

抗滑桩按抗弯构件设计，滑动面以上的桩身内力根据滑坡推力和桩前滑坡抗力计算。按“K”法计算抗滑桩的弯矩和剪力。

6—6′剖面的最大弯矩为24 075.727 kN·m，距离桩顶11.526 m，最大剪力为6 110.84 kN，距离桩顶16.658 m；2—2′剖面的最大弯矩为13 790.863 kN·m，距离桩顶8.914 m，最大剪力为5 672.285 kN，距离桩顶12.244 m。

抗滑桩纵向受弯钢筋为HRB400级Φ32钢筋，架立筋为HRB400级Φ25钢筋，箍筋为HPB300级Φ14钢筋。

计算得到需要的钢筋数量，且验算其承载力要求。配筋如下：

抗滑桩桩背侧的纵筋数量45根，面侧纵筋数量8根，且背侧采用分级配筋，距桩底0 m～12.5 m布45根纵筋，距桩底12.5 m以上布9根纵筋，都采用四肢箍，箍筋间距100 mm。

4 结语

我国是一个自然灾害如此频发的国家，在极易诱发边坡问题的地区进行基础建设的时候，要有意识地考虑到是否存在边坡问题的隐患，对滑坡频发的地区应该采用相应的监测手段，随时监测滑坡的变形情况，实时防护，突发情况立即采用应急措施，减少灾害造成的损失，避免其发生严重的后果，在建设过程中一定要尽可能避免因人为因素诱发滑坡。