某分级、分层、分区域破坏滑坡的稳定性分析及治理

曾 朋 金煜翔 钟志辉

(1.广东和立土木工程有限公司，广东广州 511400；2.广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州 510066；3.广东建设职业技术学院，广东广州 510440)

0 引言

随着我国公路、铁路及山区基建项目的迅速发展，滑坡作为一种常见的地质灾害，对公路、铁路、山区的建设及运营的影响十分突出。对滑坡处理不当往往会引起巨大的经济损失及人身伤亡[1-3]。滑坡的稳定性受滑坡的物质条件、结构条件、环境条件三方面综合影响，滑坡物质结构条件是滑坡本身固有的，其特性决定着滑坡的稳定状况。滑坡的三方面条件都是相对稳定的，其中环境条件最为活跃，是诱发滑坡发生的因素，诱发滑坡的环境条件主要是降雨、地震、人类活动。大多数滑坡都是在降雨作用期间发生的。强降雨是滑坡活动最重要的触发因素和动力来源[4-6]。由于滑坡稳定性影响因素的复杂性、多样性、难确定性，很难有一个方法适用于所有滑坡的稳定性分析[7-9]。滑坡稳定性分析发展趋势是从定性分析到定量分析。

广东山区地质条件复杂，铁路、公路等存在大量的路堑边坡工程，在各种不利因素下，时常会形成大(中)型复杂滑坡,给工程建设造成了较大损失[10]。通常这些滑坡存在着多级滑动或分区滑动，破坏形式比较复杂。有学者通过有限元分析发现滑坡的破坏模式跟应力场和变形场有关[11-13]，进行滑坡的局部分析是十分必要的[14-15]。

以广东某培训中心滑坡为例，采用钻探、物探、地质调绘及变形监测等方法，对该滑坡的成因机理、破坏模式进行研究，并提出了对应的滑坡治理措施。

1 工程概况

广东某培训中心位于广州市从化区良口镇东北部，北面为105国道和流溪河国家森林公园，南面为高陡山体。培训中心为综合楼、教师宿舍楼、培训楼等建筑综合体，位于中间缓坡地带。

综合楼前东西向道路明显发育张裂缝，西侧教师楼前裂缝已形成水平向宽7～8 cm、高差8～10 cm错台。第二处裂缝自门口保安亭右前侧大致沿着水泥道路中间沉降缝开裂至篮球场，局部错断整体的水泥路面。紧邻105国道边坡脚处挡墙发育斜向裂缝。具体裂缝分布见图1。

图1 培训中心滑坡裂缝分布示意图

2 工程地质条件

(1)地形地貌

滑坡区属构造剥蚀丘陵地貌，呈上陡下缓状，下部缓状地形呈台阶状分布，整体呈四级台阶状地貌，台阶后缘为高陡花岗岩陡壁。地形起伏较大，山体高差达90 m以上，自然坡度角约20°～40°。滑坡处于山体中下部，滑体高差约30 m。总体显示为老滑坡典型地貌。

(2)地层岩性及地质构造

滑坡区地层岩性复杂，滑坡体上覆地层主要为第四系坡积粉质黏土、块石，下伏基岩为石炭系粉砂岩、大理岩、构造角砾岩、断层角砾岩、糜棱岩、上侏罗统花岗岩等。

滑坡区位于良口断裂，走向北东，倾向北西，良口断裂沿G105穿过培训中心，形成的破碎带易形成软弱层并富水，后方山体局部有断层崖出露。显示为老滑坡形成。

(3)地下水发育情况

滑坡体地下水丰富，后山高陡，雨水汇集集中，培训中心汇水面积大，受大气降水影响强烈，培训中心多处路面底部存在掏空现象，存在地下通道，从地下水分布与运移规律来看，地下水十分充沛，滑坡前缘挡土墙及105国道排水沟泄水外溢现象普遍，滑坡体下部紧邻流溪河。综合分析认为该场区具有老滑坡堆积的地质基础。

3 滑坡分级分区

综合变形特征、微地貌特征及监测成果，可将滑坡体分东、中、西三个大区，各区均以其中的自然冲沟为界，划分为三个人工山坡，人工山坡上分别发育有多级滑坡平台，同一级平台高度又以小冲沟为界划分为多个滑动块体。

西区滑坡体又可分为2区，变形Ⅰ区为滑坡变形严重区，本区横宽约45 m，标高 214～243 m；牵引区Ⅰ-1为滑坡变形牵引区，本区横宽约75 m，标高约214～253 m。同样，中区滑坡体也可分为2区，Ⅱ区为滑坡变形严重区，本区横宽约165 m，标高206～239 m； 牵引区Ⅱ-1为为滑坡变形牵引区，本区横宽约165 m，标高约206～243 m。东区滑坡体也可分为2区，Ⅲ区为前期滑坡变形区，本区横宽约46 m，标高200～232 m；牵引区Ⅲ-1为为滑坡变形牵引区，本区横宽约200 m，标高约200～238 m。

潜在牵引区Ⅳ为东中西3区滑坡共同影响区，本区横宽约260 m，标高约270～350 m。变形Ⅴ区为前期浅层滑塌变形区，本区横宽约53 m，标高219～246 m。具体分区见图2。

图2 基地滑坡病害分区图

4 滑坡分区现状稳定性评价

根据各变形区的裂缝发育贯通情况、有无错台、后缘周界裂缝、钻探资料及变形监测数据综合判定各区的稳定性状态。

(1)变形区Ⅰ、Ⅱ前缘突出，后缘裂缝断续可见，逐渐向贯通性发展，局部地段裂缝贯通，综合判定该区目前处于欠稳定状态—基本稳定状态。

(2)变形区Ⅲ后缘裂缝断续可见，未呈贯通趋势，前缘现状不明显，综合判定该区目前处于基本稳定状态。

(3)变形区Ⅴ局部可见裂缝发展，前缘不明显，钻探资料显示该区深部位移量微小，未见滑动面，综合判定该区目前处于稳定状态。

(4)牵引区Ⅰ-1、Ⅱ-1、以及Ⅲ-1为相应变形区的牵引区，后缘裂缝断续可见，未呈贯通趋势，综合判定该区目前处于基本稳定状态。

(5)牵引区Ⅳ为整体变形区后缘至后侧滑坡陡壁，为潜在变形区域，目前暂未发现裂缝。综合判定该区目前处于稳定状态。

综合上述分析，基地滑坡为多级、多层的复合型滑坡，稳定性状态各异。

5 滑坡失稳成因分析

5.1 地质环境因素

(1)滑坡基地处于良口断裂带上，风化强烈，岩土体强度低，区域性断裂NE60°～70°造成岩体破碎，崩塌堆积，坡积层厚；

(2)勘察钻孔揭露构成滑坡体的地层为第四系坡积粉质黏土、块石、全—强风化岩、粉砂岩、糜棱岩等，岩石风化强烈，风化不均匀，岩体总体较为松散，层间结合力差，上覆粉质黏土及花岗岩坡积块石渗透性强，残积粉质黏土及下伏基岩渗透性差，在基岩上方易形成饱水带，降低土体的抗剪强度，已形成软弱夹层。

5.2 水的因素

地下水丰富，汇集面积较大，培训中心排水不畅，路面积水，地表水易大量下渗，雨季，尤其是持续大暴雨和强降雨期间地表水大量入渗，加上构造裂隙水发育，造成坡体滑带土软化，抗剪强度逐渐衰减。水是滑坡产生变形的主要诱发因素。

5.3 工程活动因素

培训中心工程建设时在现滑坡病害边坡表层进行局部填土，且填土密实度及强度较低，在地表水及地下水作用下变形较大，易引起边坡滑动；2004年105国道扩路修建时开挖边坡坡脚，一定程度上造成了边坡坡脚应力释放，降低了边坡稳定性，已引起滑坡，北侧也有局部滑动。

综上所述，培训中心老滑坡的复活是由于地层岩性、地质构造、地下水发育及路堑开挖作用的结果。滑体风化强烈、结构松散、强度低，是滑坡产生的内因；构造作用使岩体产生层间挤压软弱带，使土体更加松散，有利于滑体下滑；地下水的作用使得滑带软化、抗剪强度降低；边坡的人工开挖破坏了原来土体的平衡条件，当滑体下滑力大于滑面的黏阻力，就逐渐形成了滑坡。

6 边坡岩土体强度参数指标反算

6.1 滑动面的确定

测斜孔平面布置见图1。以2-2断面(变形Ⅱ区)为例，CX8孔监测的滑动面在孔口以下44 m；CX9孔监测的滑动面在孔口以下29 m；CX11孔监测的滑动面在孔口以下2.5 m、11 m、19 m、25 m。结合勘察资料及现场裂缝发育情况，浅层滑面2剪出口为入口道路边沟，后缘为综合楼前错台，见图3，主滑带倾角为10°；浅层滑面3剪出口为105国道边沟，后缘为综合楼内局部裂缝，主滑段倾角为10°；深层滑面5按监测突变点(累计位移微小)沿着图示滑动线从流溪河水库岸边剪出。2-2断面滑动面见图4。

图3 滑坡裂缝

图4 2-2断面滑动面

综合上述分析，基地滑坡各区、各级滑动面见图5。

图5 基地整体滑面纵剖面图(单位：m)

6.2 滑坡主滑带强度参数指标反算

以变形Ⅰ区1-1断面、变形Ⅱ区2-2断面及变形Ⅲ区3-3断面进行反算。根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(D Z/T 0219—2006)中滑坡滑动划分为蠕动、挤压、微动、滑动、大动和固结 6个发育阶段。

根据上述滑坡分区现状稳定性评价，该边坡滑动面目前属于滑动—微动阶段，滑坡体变形趋势趋于等速移动，处于欠稳定状态—基本稳定状态，稳定性系数为0.95～1.10，Ⅰ、Ⅱ区稳定性系数取1.05进行反算，Ⅲ区稳定性系数取1.08进行反算。该边坡潜在滑动面目前处于挤压—蠕动状态，处于基本稳定状态，稳定性系数为1.10～1.20。Ⅰ、Ⅱ区牵引段稳定性系数取1.18进行反算，Ⅲ区牵引段稳定性系数取1.20进行反算。通过Geo-slope软件，分别反算滑坡体各变形区域滑动面的主滑带力学参数(滑坡各变形区牵引段c=0,φ=35°)，代表性计算断面见图6，结果见表1。根据岩土室内试验，该滑坡滑体天然重度值取18 kN/m3，饱和重度值取19.5 kN/m3。

表1 各变形区主滑带岩土体强度指标

图6 2-2计算断面

根据类似项目工程经验，在暴雨工况下滑动面主滑带参数c值较正常工况下低1～2 kPa，φ值较正常工况下低1°～2°。结合岩土室内试验及上述反算结果，本项目滑动面暴雨工况下c、φ值分别减少1 kPa和1°。

6.3 滑坡推力计算

由于裂缝外的监测孔位移曲线也存在明显变形，考虑后缘牵引延伸滑面剩余下滑力，沿边坡滑动方向采用不平衡推力法计算推力。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330 —2015)，正常工况下稳定性系数不小于1.35，暴雨工况下稳定性系数不小于1.15。剩余水平下滑力计算结果见表2。

表2 剩余下滑力计算结果

7 边坡治理方案

针对该段边坡的稳定性分析结果，提出钢花管注浆+微型桩+预应力锚索加固措施，根据类似项目工程经验及各大科研机构试验成果，2排锚索微型桩抗力能达到300～350 kN/m，每个加固断面2处，共计600～700 kN/m ，加固后边坡在暴雨工况下潜在滑动面的稳定性系数均大于1.15，在天然工况下潜在滑动面的稳定性系数均大于1. 35，具体工程措施如下。

7.1 变形Ⅰ区和变形Ⅱ区治理方案(第一期治理)

基地教师宿舍楼及综合楼前边坡滑坡病害治理采用钢花管注浆+微型桩+预应力锚索加固方案。沿着入口道路下部布置二排微型桩，冠梁顶部张拉预应力锚索；沿着教师宿舍楼及综合楼前边坡中部布置二排微型桩，冠梁顶部张拉预应力锚索；综合楼及教师宿舍楼前道路采用两排竖向钢花管注浆进行加固处理。

变形区Ⅰ、变形区Ⅱ最大剩余下滑力616 kN/m。滑坡体前缘采用2排4束预应力锚索微型桩加固，微型桩直径250 mm，桩内先下放16号工字钢后灌注水泥砂浆，微型桩顶部施工两排桩头锚索，采用冠梁连成一个整体，桩底进入深层滑面以下6 m。滑坡体中部同样采用2排4束预应力锚索微型桩加固，桩底进入深层滑面以下6 m。滑坡体后缘错台及裂缝处采用2排钢花管注浆，处理深度至浅层滑面以下3 m。具体处治措施见图7，加固处治后该区边坡稳定性系数为1.41。该变形区于2019年3月施工完毕，效果良好。

图7 变形区Ⅰ、变形区Ⅱ典型加固断面

7.2 变形Ⅲ区治理方案(第二期治理)

变形Ⅲ区采用微型桩+预应力锚索加固措施，篮球场场前道路下方挡墙原设计为浆砌片石挡墙，挡墙边沟处全长布置一排微型桩；沿墙壁全高设置两排预应力锚索；体能训练场下边坡增设2排微型桩+预应力锚索加固，微型桩的做法同变形Ⅰ区。具体处治措施见图8，加固处治后该区边坡稳定性系数为1.45。该变形区于2019年7月份施工完毕，效果良好。

图8 变形区Ⅲ典型加固断面(单位：mm)

7.3 变形区Ⅴ治理方案

根据变形监测结果，无需加固处置。

7.4 滑坡体排水方案

本项目基地范围区域内地下水位埋深较浅，地下水发育，沿着基地入口道路上下各增设一排深层斜孔排水，间距6 m，单根长20 m，总长800 m。完善整个培训中心的地表排水系统。

第一期、二期变形区域处治完毕后，截止至2020年6月，经过一年左右的时间，特别是变形严重区域经历了一年一度的大暴雨考验，同时根据后续深孔位移监测，目前滑坡处于稳定状态，无任何变形加剧迹象，加固效果显著。

8 结论

(1)本段滑坡为多级、多层的复合型滑坡，边坡的稳定性主要受区域性断裂构造影响，造成岩体破碎，崩塌堆积，坡积层厚，人工开挖边坡坡脚，造成了坡脚应力释放，在卸荷作用及雨水软化作用下，边坡稳定性差，逐渐发展成滑坡。由于地质体的复杂性和不重复性，滑坡工程应进行分级、分层、分区域变形，遵循以定性分析为基础，定量分析为手段，合理确定计算模型、边界、力学参数等进行计算得出能基本代表所分析坡体的真实稳定性，进行滑坡分期分区域治理。

(2)竖向钢花管微型群桩+斜向预应力锚索冠梁治理边坡技术对坡体扰动小、见效快、施工灵活、工期短，同时通过二次劈裂注浆能对滑带土体进行挤密加固，提高滑带土体的强度和边坡的抗滑力，较好地满足了新形势下路堑边坡防治技术的耐久性、防治措施的适宜性、施工的便利性等要求。