丘陵地区残积边坡的滑动机理及治理方式研究

刘玉华，贾 焱，高 建，孟令望

中煤地质集团有限公司，上海 200000

1 工程地质条件

某旅游景区边坡自然坡度为35°～55°，坡顶最高处高程约99.3m，坡顶高程最低约74.7m，坡底高程约26.3m。滑坡后缘高程约78.0m，滑坡前缘顶高程约26.0m，相对高差约52m。滑坡体呈南北走向，纵向滑移带长约130m，平均宽约340m，总面积约57800m2，滑体平均厚度约7m，总体积约30.9万m3。该边坡已发生明显滑动，滑坡边界较为明显，滑坡壁高度约0.9m。滑坡后缘位于边坡中部（高程约78.0m），剪出口位于坡脚部位。滑坡体后缘可见宽约20cm的拉裂缝，滑坡体上可见数个滑坡台阶，滑坡已造成坡脚道路开裂，裂缝宽度约25cm，长度超过150m。

1.1 地形、地貌

滑坡体所处地貌单元类型属丘陵地貌单元，滑坡体为南北向，自然坡度为25°～50°，坡顶地面高程为74.7～99.3m，坡底地面高程为22.2～26.3m。

1.2 气象、水文

滑坡所在区属北亚热带次湿润季风气候区。全年平均气温为15.1℃，1月份平均气温为1.9℃，7月份平均气温为27.6℃。极端气温时，最高为45.6℃，最低为-16.9℃。年日照时数2090h，无霜期230d，降水量1026mm。多年平均蒸发量为1459.6mm，1月份最少，为50.6mm；6月份最多，为189.5mm。多年相对湿度平均为77%。

治理区地表水主要类型为面流、涧谷季节性水流，地表水受大气降水控制，水量及水质受降水量及地表水水质影响。

地下水类型主要为第四系孔隙潜水。孔隙潜水含水层主要为上部填土层，地下水呈季节性分布，透水性一般，水量一般，属弱透水层。补给方式主要为大气降水、地表水渗入及侧向径流补给，以侧向径流和蒸发为主要排泄方式。

下伏基岩含风化裂隙水，富水性不均，主要与裂隙发育程度有关，水量较小，未发现风化基岩漏水现象。

1.3 地层

滑坡区表层为填土，下层为上更新统（Q3）沉积的黏土，底部为龙王山组（J3l）安山岩。岩土层自上而下可划分3大工程地质层，6个亚层。

（1）杂填土（Q4ml）：灰褐色，稍湿～湿，主要由粉质黏土夹大量的碎石、砖块等组成，结构松散，碎块含量为30%～60%，上部为水泥沥青路面，回填时间小于5年，层厚为0.70～2.40m。

（2）碎石土（Q4ml）：灰褐色，湿，由大量碎石夹粉质黏土组成，结构松散，碎石含量为50%～60%，块径为10～30cm不等，个别大于70cm，主要为坡积形成，层厚为 0.80～ 1.80m。

（3）黏土（Q3al）：褐黄色，可塑，局部硬塑，中压缩性，切面稍有光泽，干强度韧性高，含铁锰质结核，顶板埋深为0.70～2.40m，层顶标高为26.95～82.15m，层厚为0.90～5.10m。

（4）全风化安山岩（J3l）：灰黄、黄灰色，岩石风化剧烈，呈沙土颗粒状，母岩结构完全被破坏，但尚可辨别，有残余结构强度，遇水强度明显降低，受力团块即碎，顶板埋深为1.70～6.40m，层顶标高为23.23～81.05m，层厚为1.60～6.20m。

（5）强风化安山岩（J3l）：灰黄色，岩石风化强烈，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩芯上部已被风化呈密实沙土状，下部为碎块状，手捏易碎，顶板埋深为3.30～10.40m，层顶标高为21.33～78.85m，层厚为1.30～8.40m。

（6）中风化安山岩（J3l）：灰白、灰褐色，岩石主要由斜长石、角闪石组成，斑状结构，块状构造，岩芯呈短柱～碎块状，裂隙发育，呈微张开，张开度K为0.2～1.0，多有方解石充填，岩石在空气中及水中较稳定。岩石饱和单轴抗压强度为12.6～33.1MPa，属较软岩，岩体较完整，局部较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ类，顶板埋深为7.60～18.80m，层顶标高为13.90～36.45m，最大控制厚度为7.40m。

1.4 地震

据有关地震资料反映，该地区的地震史料记载始自汉延光二年（公元123年），至今1800余年，其间共记录地震300多例，其中破坏性地震有5例，震级从4.75～5.5级，分别是公元123年的4.75级、499年8月4日的4.75级、548年10月27日的5.5级、1372年的4.75级和1399年的5.5级；微震3次，分别是1974年11月的1.9级、1974年12月的2级和1978年10月的1.1级。这些地震对工程场地造成的最大影响烈度为Ⅵ度。该区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。

2 滑坡灾害特征及滑动机理分析

2.1 边坡现状及地质灾害特征

该边坡已发生明显滑动，形成了较明显的滑坡周界，滑坡壁高度约0.9m。滑坡后缘位于边坡中部（高程约78m），剪出口位于坡脚部位。滑坡体后缘可见宽约20cm的拉裂缝，滑坡体上可见数个滑坡台阶，滑坡已造成环山路形成长约100m、宽约20cm的裂缝。

2.2 滑坡成因分析

根据该边坡的坡体结构及破坏特征分析，该滑坡属于浅层滑坡，滑动面为土、岩交界面，滑坡的主要成因如下。

（1）自然因素。①地形条件。滑坡的发生，首先要有最基本的地形条件，主要包括地形高差、坡度及滑动空间。该边坡高度较大（约73m），坡度较陡（35°～55°），下部修筑道路时切坡部位形成临空面（最高处为2.5m），滑体存在滑动空间，这些构成了滑坡产生的基本地形条件。②边坡岩土体结构。一是地层岩性。滑坡区处于丘陵岗地区，表层一般都由较厚第四系松散沉积物覆盖，岩性主要由下蜀组黄土组成。根据勘查资料及现场调查分析，该滑坡浅部覆盖土层为下蜀组黄土，厚度约7m，下部基岩为安山岩。浅部的黏性土在水的作用和影响下，极易形成滑坡。二是结构面控制。从现场调查和勘察资料分析，该边坡存在形成滑坡的控制性结构面，即上部黏性土与下部基岩的接触面。

（2）诱发因素。苏南地区梅雨期较长，长时间持续降雨是诱发滑坡的主要因素。雨水对滑坡的影响主要体现在三个方面：①雨水沿坡面裂隙和孔隙渗入，对岩土体结构面起到润滑作用，使得土岩交界处结合程度降低，抗剪强度增加，当覆盖层土体产生的下滑作用大于土岩接触面所能提供的抗滑作用时，便会发生边坡失稳。②雨水使边坡土体含水量和重度增加，增加了下滑力。③雨水在坡体内部形成静水压力和动水压力，加剧了滑坡的形成。

2.3 防治工程等级划分

该滑坡处于某省级景区范围内，根据《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509—2020）中的相应要求，该项目山体滑坡防治工程等级为二级。

3 滑坡体稳定性分析与评价

3.1 滑坡体岩土特征

滑坡岩土层比较简单，滑坡体主要由1-2碎石土层②层粉质黏土组成，整个滑体平均厚度约7m，总体呈前部较薄、中部厚，两侧薄的特征。

从钻孔揭露情况来看，滑体土透水性较强，土质均一性较差，暴雨天气水体沿土层下渗至基岩面，受雨水浸泡后易形成软弱结构面。

3.2 滑坡破坏模式

从主滑体整体稳定性分析，鉴于滑坡后缘周界内具有汇水条件，在雨季，雨水在一定区域内汇入滑坡堆积体，顺滑坡体发生径流，由表面、浅部向下或沿裂缝渗入，在滑动界面积聚。水的渗入将导致上覆填土与原状土体的接触带软化，抗剪强度降低，且滑体重度加大，进而导致主滑体下滑力与抗滑力的静力平衡条件发生变化，出现变形裂缝并逐渐扩大、发展，最终造成整体滑移，使滑坡体沿滑动面后部向下推移滑动，形成推移式滑坡。

3.3 滑坡推力计算

由于该滑坡刚产生滑动时间不长，对其进行勘查后可较为明显观察到滑动面。根据勘查，该松散层滑坡沿折线形滑动，滑带形态为折线形，根据《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509—2020），折线形滑动面的边坡可采用不平衡推理传递系法计算滑坡稳定性系数和下滑力。滑坡稳定性的具体计算公式如下：

式中：Pi为滑坡推力，kN/m；Pi-1为剩余下滑力，kN/m；ψi-1为传递系数；Ks为设计安全系数；Ti为下滑力，kN/m。Ri为抗滑力，kN/m。

下滑力Ti的计算公式如下：

式中：Wi为土体重量，kN/m；A为地震加速度；αi为滑面倾角，°；γw为水的容重，kN/m3；hiw为土体的厚度，m；Li为土体的近宽度，m；βi为地下水流向，°。

抗滑力Ri的计算公式如下：

式中：φi为内摩擦角，°；Ci为土体内聚力，kPa；Li为滑面长度，m。

传递系数ψi-1的计算公式如下：

孔隙水压力Nwi的计算公式如下：

渗透压力平行滑面分力TDi的计算公式如下：

渗透压力垂直滑面分力RDi的计算公式如下：

3.4 抗剪强度参数选择

滑坡滑带土的抗剪强度参数是滑坡稳定性的定量评价和抗滑工程设计时求滑坡下滑力所必需的主要参数，由于土介质的多样性，成因、成分和结构的复杂性与不均匀性，强度随外界因素变化的可变性，加之滑坡过程本身的多样和复杂，仪器试验方法很难准确模拟滑带土的实际受力状态和变化过程。因此，试验数据很难直接用于计算，应联系滑坡实际状态和发展趋势综合分析加以修正而应用，此次滑坡治理设计滑面参数采用反算法确定相关参数。

根据滑坡目前状态及勘查报告，此次选取主滑断面剖面采用反算法确定滑带土参数，通过勘察报告及经验，首先假定内摩擦角为20°左右，根据已有滑动情况，暴雨工况下为不稳定状态，安全系数定为0.975，通过采用传递系数法反算黏聚力C值。

3.5 稳定系数计算及稳定性评价

根据《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509—2020）中的相关要求，各荷载情况下滑坡安全滑动安全系数如表1所示。

表1 各荷载组合及安全系数选取

根据上述反演抗剪强度的反算方法，结合该滑坡的变形特点及目前滑坡稳定情况，并综合考虑该滑坡的安全等级及破坏后果，最终确定滑坡治理设计滑面参数：黏聚力C为5kPa、内摩擦角为20°。在滑动稳定系数计算时，考虑基本荷载、降雨荷载、地震荷载及综合荷载，经计算，上述三剖面的稳定系数计算值如表2所示。由表2可知，该边坡处于不稳定状态。

表2 各剖面稳定性计算结果

4 治理方案选择及监测方案

4.1 治理方案

经过计算及结合现场实际，拟选择锚索及抗滑桩复合支护体系，由于是土质边坡，锚索配合混凝土格构梁同时使用，并在格构梁上设置观测点，在滑坡外围设置截水沟、排水沟。

在滑坡前缘高程为33.0～34.0m及滑坡体中部高程为53.0～54.0m的位置各设置一排抗滑桩（规格为1600mm×1300mm）；坡体上采用锚索格构梁支挡边坡，锚索（1×7钢绞线，抗拉强度标准值为1860MPa）长约16m，锚固段6m，穿过滑动面；抗滑桩顶部设置圈梁与格构梁连接。

4.2 监测方案

在坡面格构梁及抗滑桩圈梁上设置米字形水平和竖向位移监测点，共计18个监测点；在抗滑桩顶部设置8个深层水平位移监测点；滑坡体前缘下部道路设置5个沉降观测点。

观测点日位移量预警值为5mm，总位移不大于40mm。抗滑桩深层水平位移监测，日位移量预警值为4mm，总位移不大于30mm。道路沉降监测，日位移量预警值为2mm，总位移不大于25mm。

施工期间每天监测，可根据变形情况适当调整监测频率；竣工后监测频率为10d/次，三个月或每月一次；遇汛期、雨季及有异常情况发生时须增加监测频率，监测期为两年。

5 结束语

该边坡在治理工程施工过程及完工后的监测数据显示，在施工结束的第一个梅雨季节进行了重点监测，格构梁位移监测点日形变量在±3mm；抗滑桩水平位移日形变量在±2mm。根据下一年的监测数据，抗滑桩及格构梁均未发生超预警值形变，仅滑体前缘下部道路总位移量达8mm；未超过预警值。结合该缓坡的治理经验来看，在丘陵残堆积型边坡采用复合支护方案灵活性较强，能够保障整体施工的安全性及经济性。