岚皋县某边坡稳定性分析与治理

钱 璞，王 瑞

(1.榆林路桥勘察设计院，陕西 榆林 719000；2.中国建筑一局(集团)有限公司，北京 100079；3.西安科技大学，陕西 西安 710054)

1 岚皋县环境地质条件

岚皋县城坐落于山脉连绵的秦巴山区，属于亚热带大陆性季风气候，具有降雨量丰富、四季分明的特点，其中降雨量充沛且主要集中在6～9月份。岚皋县多山地分布，其中最高山的海拔为2 640多m，最低山的海拔为332.5 m，海拔高差悬殊较大。整个县城的地势东南高西北低，山河交错纵横，地势非常复杂。该地区山脉众多，岚皋县所在地区边坡多以松散堆积为主，在气候上夏季多雨且集中，在降雨时节发生边坡坍塌、滑坡的可能性增加。在工程建设中，边坡的危害是不可忽视的，不仅会增加成本，如果处理不当还会造成人员的伤亡和财产的损失。

项目区位于岚皋县西部石门镇，距岚皋县城约30 km，省道207线横贯全镇。中心地理坐标：东经108°46′35″，北纬32°19′09″，交通十分便利。勘查区交通位置见图1所示。

图1 勘查区交通位置图

2 边坡稳定性分析

2.1 Geo-Studio软件的介绍

Geo-Studio有限元分析软件是20世纪七十年代由加拿大著名的岩土软件开发商Geo-slope公司面向岩土工程、水利工程、地质工程以及公路工程等相关领域开发的一套仿真分析软件。本文对于岚皋县某边坡的分析先在Seep/w模块建立边坡的渗流模型，对边坡的压力水头、孔隙水压力进行分析，然后在Seep/w模块下新建Slope/w模块，结合渗流模块的孔隙水压力情况对边坡的稳定性进行分析。相比于传统分析方法，Geo-Studio可以使计算结果更符合边坡实际的效应。Geo-Studio作为地质构造专门的分析软件，具有高效、专业、功能强大等优点，不受边坡形状和材料不均匀的限制。

2.2 模型的建立

根据岚皋县石门镇千户安置小区某边坡工程的特点，建立模型如图2所示，边坡长55 m，宽80 m，坡顶相当高程307～308 m，坡底相对高程269～270 m，相对高差约40 m，边坡所处斜坡整体坡度25～35°，坡前人工边坡坡度45°～65°，边坡顶部为通村上山道路，边坡中部为既有通村道路，边坡坡脚为石门镇集镇千户安置区安置点，坡面上下部出露地层为第四系全新统残坡积层及冲洪积层，斜坡顶部为志留系砂岩、泥质页岩出露，基岩较破碎，节理裂隙发育。

图2 边坡1-1’剖面数值模拟

2.3 材料参数的选取

边坡残积土下的石英砂岩的物理力学指标选自《岩土工程勘察设计手册》，体积含水率和基质吸力的范围见下图3。

图3 材料体积含水率函数

通过设置材料的体积含水率函数和材料性质，可以得到边坡残积土、石英砂岩、冲洪积砂卵石的体积含水量与孔隙压力的关系、体积含水量与基质吸力的关系、孔隙水压力与传导率的关系。

在地下水位线以上，土中的孔隙水压力相对于孔隙气压力是负的，这个负的孔隙水压力常被作为正的基质吸力而提及，因此孔隙水压力值常为负，岩土体的孔隙压力随着含水量的增大而减小。对于残积土来说，孔隙水压力随着含水率的增加几乎呈线性的减小；在体积含水量较低时，体积含水量对于石英砂岩和冲洪积砂卵石孔隙水压力的影响较大，随着体积含水量的增加，石英砂岩和冲洪积砂卵石的孔隙水压力的增长幅度变缓。

基质吸力随着岩土体体积含水量的增大而减小，传导率随着孔隙水压力的增大而减小，材料不同，渗透系数不同，传导率与孔隙水压力的变化关系也不相同。岩土体的孔隙水压力和传导率的大小都受到了体积含水量的影响，石英砂岩和冲洪积卵石的传导率明显高于残积土的传导率。

2.4 模拟结果及分析

模型建立完成后，赋予材料的各项参数及边界条件，然后利用Seep/w模块进行边坡的渗流模拟。

材料参数赋予完成后进行滑移面的设置，由于在勘察中发现边坡中部的道路出现裂缝，所以滑移面选择进入和退出形式，滑移面的进入选择在边坡中部的道路附近，滑移面的退出选择在坡脚附近。滑移面形式设置完成后，开始进行边坡的稳定性分析，模拟结果如下图4所示。

图4 正常状态下边坡的滑移线

从图4中可以看出，在天然状态下边坡的安全系数为1.038，边坡处于欠稳定状态。整个滑坡体属于较为松散的残积土，边坡发生滑动时，滑坡的后缘位于边坡中部的道路往下2 m左右，所以导致中部道路变形明显，受边坡前缘滑塌变形破坏影响，坡体中部通村道路整体下沉，路面被拉裂，形成多条不规则拉张裂缝。

岚皋县7月份降雨较为集中，一般降雨天数为3～7 d。在进行降雨条件下边坡稳定性分析时，降雨时长选择为48 h，单位小时降雨量选择为0.003 m/h。

利用天然状态下的边坡的模拟结果，新建一个Seep/w模块，初始水头和孔隙水压力的情况选择为天然状态分析的最后状态。持续时间设置为172 800 s，分析步数选择48步，设置完成后更改材料的参数，并利用样条函数得到岩土体的体积含水量以及水压的传导系数，再进行模拟。

通过对降雨后在不同时刻孔隙水压力的分布可知，在降雨过程中，边坡表层的土体首先达到饱和，饱和区主要分布在边坡的残积土和边坡下部的冲洪积砂卵石区。随着降雨的持续，边坡饱和区域的面积增大，边坡表层的饱和区域逐渐贯通，距离边坡表面较深处受降雨的影响较小。随着降雨的持续增加，积水进一步增加，边坡积水的入渗使边坡内部底层饱和区域将向上抬升，使地下水位最终维持在一稳定值。

进行边坡的渗流模拟完成后，在渗流模型的基础上建立边坡稳定性的分析模型，选择Morgenstern-Price法进行模拟。模拟结果如下图5所示。从图中可以看出，边坡的残积土层已经达到饱和，坡脚处石英砂岩和残积土的交界面近似于与滑坡面平行。经过48 h的降雨，边坡的安全系数为0.893，边坡处于不稳定状态。在降雨的影响下，边坡极易发生滑塌等状况，有效的防护措施至关重要。

图5 降雨条件下边坡的滑移线

3 边坡治理措施

3.1 坡率法

坡率法是指对边坡的坡度(边坡的高度与边坡的宽度的比值)加以调控，从而达到边坡稳定的方法。坡率法施工方便，在条件允许的情况下，可以优先考虑。在施工时，坡顶刷方卸载可以和坡脚回填压坡配合使用，增加坡率法的处置效果，严禁开挖坡脚。

高边坡采用坡率法放坡时，工程量较大且会占地较多，应配合锚杆、挡土墙、抗滑桩等措施使用，下段采用结构支护结构，上段采用坡率法，形成组合边坡，从而达到边坡稳定。在进行边坡削破时，要特别注意地下水的处理，配合排水设施，因势利导，保持坡体范围内的水系畅通。

3.2 挡土墙

挡土墙能够用来提高边坡的稳定性，它用来抵抗边坡的侧向土压力，多用在路堤或路堑边坡，为公路及其他工程的建设留出空间。

挡土墙有很多种类型，按照结构形式的不同，可以把挡土墙分为重力式挡土墙、锚杆式挡土墙、半重力式挡土墙、悬臂式挡土墙等。下面将从断面形式和受力特点等方面对几种典型的挡土墙进行介绍

(1)重力式挡土墙

该种挡土墙的结构简单，工程中施工起来比较方便。重力式挡土墙对边坡土体的侧向土压力的抗力主要来自于自身的重力。在重力式挡土墙修筑时通常采用浆砌片石或块石进行修筑，由于主要依靠自身重力来抵挡边坡的侧向土压力，所以该挡土墙一般较重，通常会在地基条件良好的地区多采用。

(2)衡重式挡土墙

衡重式挡土墙的断面形式与重力式挡土墙比较相近，衡重式挡土墙多出了一个衡重台，衡重台结构的设置能够将挡土墙的重心向后推移，而且衡重台的设置合理的利用的墙背的填土，能够起到增加墙身稳定的目的。挡土墙的墙背设置成上部仰斜、下部俯斜的形式可以使边坡挖方的工作量较小，同时减小了挡土墙的断面尺寸，节约了建筑材料。

(3)悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙主要由立壁、墙踵板和墙趾板三部分组成，断面尺寸较重力式挡土墙要小，采用钢筋混凝土浇筑而成。受土压力分布的影响，立壁的下部会承受较大的土压力，在进行钢筋配置的时候，要设置更多的钢筋。悬臂式挡土墙适合于边坡较低的情形，一般不大于7 m。

3.3 抗滑桩

采用抗滑桩处治边坡滑动时，将桩体打入到滑动面以下承载能力较高的稳定岩层，利用滑动面以下稳定地层对抗滑桩产生的抗滑力来抵挡来自滑动面上部不稳定土体产生的滑动力。抗滑桩在工程中一般设置在滑坡前缘较佳，充分利用了抗滑桩抗滑力的同时，使得较小的桩长便能够满足抗滑力的需要，使工程的造价得到了降低。

可以依据桩头约束的不同，把抗滑桩分为普通桩和锚索桩(如图6)。抗滑桩的选择还应综合考虑到滑坡的类型、规模、地质条件以及施工条件和工期要求等条件。

图6 抗滑桩

抗滑桩在工程领域被广泛的应用，其优点如下：

(1)抗滑的效果明显，通过合理的设置，单根桩便可以挡住大量的滑坡土体，抵抗来自边坡的巨大滑坡推力，当滑坡规模较大时，可以采用多排桩联合进行治理。

(2)抗滑桩的位置设置比较灵活，根据滑坡形式的不同，可以选择在滑坡的前缘、中部、后部进行抗滑桩配置，这是其他抗滑措施很难做到。

(3)相比于挡土墙来说，工程中采用抗滑桩施工时对滑坡的扰动较小。这样可以减少对滑坡体的影响，不至与因为施工而引起滑坡产生较大的滑动。

锚索抗滑桩还有特有的特点：

(1)由于锚索的存在，改变了锚索抗滑桩的受力状态，使得桩身的弯矩和剪力变小，因此可以减小桩的截面和埋深，降低了工程造价；

(2)锚索抗滑桩的锚索的设置控制了桩头的位移量，有利于保持滑动面以上土体的稳定；

(3)锚索桩对于施工的要求较高，特别是锚索的防腐和灌浆要求尤为严格。

通过对边坡防护措施总结，认为锚杆抗滑桩比较灵活，土方作业量小，工期短，可以满足工期紧张的需求，适合本边坡工程的工程防护。

4 小 结

(1)结合边坡的工程概况，将土工试验得到的土的物理力学参数赋予各地层，建立了边坡的渗流和稳定性分析模型。

(2)应用Seep/w、Slope/w模块模拟降雨对于边坡稳定性的影响，发现天然条件下边坡的稳定性系数为1.038，边坡处于欠稳定状态；在降雨条件下，边坡的稳定系数为0.893，处于不稳定状态。

(3)通过分析，锚索抗滑桩在处理效果和工期要求更适合本工程。