边坡稳定性分析及治理技术研究★

伍永仟，黎 罡，王文军，张 洁，邹序文，阳茜汕

(吉首大学土木工程与建筑学院,湖南 张家界 427000)

1 项目工程概况

1.1 地形地貌

该治理区属侵蚀、剥蚀中低山地貌,植被较发育,坡体上多为第四系残坡积层覆盖,覆盖层厚度较大。治理区地表最高点位于东部山脊,标高742.24 m,最低点位于西部坡脚前缘溪沟,标高554.98 m,相对高差187.26 m。东西两侧地势高,中间为斜坡,坡向240°,整体呈缓坡状,上缓下陡,坡角一般15°～30°,局部较陡,达65°以上。

1.2 工程地质

治理区大地构造位处扬子准地台的二级构造单元——鄂湘黔古台拗的东南缘,次级构造属桑植凹陷,南邻江南地轴。构造复杂,形迹多样,断裂和褶皱均很发育,主构造线方向以南北向为主,次为近东西向。治理区位于天子山向斜北段西北翼、天子山断裂东北侧,受该向斜及断裂构造影响,区内伴生断裂、节理十分发育,主要有两组,一组呈NW向,一组呈NE向,与区内盛行的沟壑方向一致。新构造运动主要表现为间歇性抬升、掀斜,属间歇性不均衡上升运动。治理区东南角发育一正断层,断层走向76°,倾角约70°,地形地貌上反应为强烈切割冲沟,局部见出露,断层两盘为灰绿色页岩、砂质页岩,表层风化强烈,呈碎块状。

2 滑坡的基本特征

2.1 形态特征

滑坡平面形态呈“箥箕”状,前缘高程579.64 m～606.92 m,宽约343.10 m;后缘高程680.52 m～689.43 m,宽约120.50 m;滑坡相对高差约109.79 m,整体坡度18.0°,主滑方向为240°,长度约449.34 m。滑坡面积约101 608 m2,平均厚度约10.7 m,总方量约108.7×104m3。

2.2 物质组成特征

1)滑体土。主要由粉土、混合土组成,黄褐色、灰褐色,粉土呈稍湿,松散状;混合土中粉质黏土呈可塑～硬塑状,碎块石成分主要为强～中风化砂岩、粉砂岩,分布不均匀,呈棱角状,块径5 cm～45 cm,分选性差,厚度6.5 m～15.0 m,平均厚度10.7 m。

2)滑带土。主要由粉质黏土组成,黄褐色,很湿～饱和,软塑状,局部夹少量碎石，厚度0.2 m～0.8 m。

3)滑床。为志留系中统小河坝组强～中等风化灰、灰绿色砂岩夹砂质泥岩,岩层产状192°∠12°,呈单斜状产出,地质构造简单。局部裂隙较发育,表层风化较强烈,岩体极破碎,岩质较软,锤击易碎,强风化层厚度2.0 m～11.7 m;中风化层岩芯多呈柱状,岩石较完整,岩质较硬。

2.3 滑坡变形特征

滑坡总体处于基本稳定～欠稳定状态,变形迹象明显,后缘拉张裂缝较发育;两侧边界见剪切裂缝,坡体上多处房屋开裂;滑坡前缘挡墙开裂并倾斜;部分钻孔揭露到含水率较高的滑带土;据上述变形特征,判定该滑坡目前处于强变形阶段。在暴雨及持续降雨条件下发生滑坡的可能性大。

3 稳定性计算

3.1 计算剖面选择

根据地质调查及钻探揭露,滑面为基岩与覆盖层接触面附近,滑坡勘查共布置3条纵剖面(1-1′，2-2′,3-3′),分别位于滑坡轴部和主滑方向两侧60 m处,其剖面方向与主滑方向一致,为240°,因此稳定性分析时选取3条具 有代表性的剖面进行分析计算[1]。计算剖面如图1～图3所示。

3.2 计算工况

3.2.1 荷载组合

1)自重:天然工况下,地下水位以上采用天然重度,地下水位以下采用饱和重度;据钻孔揭露,治理区在天然工况下地下水位较低,故计算时,取其天然状态时容重19.46 kN/m3。暴雨工况下,根据DB 50/143—2003地质灾害防治工程勘查规范,滑体采用饱和重度,饱和重度取值20.5 kN/m3。2)地表荷载:根据现场情况,本项目不考虑地表荷载作用。3)水压力:水压力包括静水压力、动水压力和浮托力。

暴雨工况下,不考虑动水压力和浮托力的影响,按最不利组合,将滑体土重度按饱和重度取值。

3.2.2 计算工况

本项目稳定性计算考虑两种工况,详见表1。

表1 稳定性计算工况、荷载组合

3.3 稳定性计算结果

3.3.1 破坏模式分析

根据现场踏勘及勘探成果,治理区有明显整体滑动迹象,钻探揭示明显滑带,其主要表现为下伏基岩滑坡,因此,本项目根据现场地质情况以及地形条件,对滑坡稳定性进行计算[2],其变形破坏模式为折线滑动面形态。

3.3.2 计算方法

滑坡主体大致沿岩土分界线进行滑动,潜在滑动面为折线型,根据GB/T 32864—2016滑坡防治工程勘查规范,采用传递系数法进行稳定性评价和推力计算。稳定性分析计算模型见图4。计算公式如下:

Ri=Nitgφi+cili。

Ti=Wisinθi+PWicos(αi-θi)。

Ni=Wicosθi+PWisin(αi-θi)。

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi。

PWi=γWiVid。

γ′=γsat-γW。

其中，Fs为滑坡稳定性系数;Ri为第i计算条块滑体抗滑力，kN/m;Ti为第i计算条块滑体下滑力，kN/m;γ为岩土体的天然容重，kN/m3;γ′为岩土体的浮容重，kN/m3;γsat为岩土体的饱和容重，kN/m3;Fi为第i计算条块所受地面荷载，kN；Wi为第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和，kN/m;θi为第i计算条块底面倾角，(°),反倾时取负值;PWi为第i计算条块单位宽度的渗透压力,作用方向倾角为αi，kN/m;i为地下水渗透坡降;γW为水的容重，kN/m3;Viu为第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积，m3/m;Vid为第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积，m3/m。

根据滑坡的特点,本次稳定性分析计算的荷载主要有:土体自重和水压力。

3.3.3 计算结果

采用传递系数法,经计算得到结果如表2所示。

表2 滑坡稳定性计算结果

4 剩余下滑力计算

4.1 安全系数

本项目中,设计计算时依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》进行考虑,将本项目设计安全系数取为1.30。

4.2 计算方法

白竹界滑坡拟采用在民房前设置抗滑桩的方式进行治理[3],因此,根据最不利折线滑动面采用传递系数法进行剩余下滑力的计算,使用理正岩土软件进行计算,计算结果如表3所示。

表3 白竹界滑坡桩后剩余下滑力计算结果表

5 治理工程设计

采用抗滑桩+截排水方法进行治理,设计如下:

1)对房屋比较集中且变形较大的滑坡后缘区域:于滑坡中后缘布置抗滑桩一排,抗滑桩为Ⅰ型6根,桩距6 m桩径1.2 m×1.8 m,桩长16 m;东南边滑坡中后缘居民集中区后面布置一排抗滑桩,Ⅰ型9根,桩距6 m,桩径1.2 m×1.8 m,桩长16 m。

2)对滑坡变形相对较小的滑坡中部区域居民集中区前面布置一排抗滑桩,共14根,其中CZ01-08为Ⅰ型桩,桩距6 m,桩径1.2 m×1.8 m,桩长16 m;CZ09-14为Ⅱ型桩,桩距6 m,桩径1.2 m×1.8 m,桩长17 m。

3)滑坡下部及前缘治理,该区域民房相对较少,主要为强变形区的Ⅲ类抗滑桩12根,桩距6 m,桩径1.2 m×1.8 m,桩长15 m。

4)滑坡外围采用截水沟,滑坡体内采用排水沟,并完善滑坡范围内的排水系统[4]。

抗滑桩工程布置于滑坡体民房前及1-1′剖面坡脚位置,各类抗滑桩设计参数见表4。

表4 各类抗滑桩设计参数表

6 结语

根据勘察结果边坡滑动面为折线形,采用传递系数法对边坡稳定性分析,采用理正岩土软件计算边坡剩余下滑力。综合考虑采用抗滑桩+截排水的处置方案。滑坡治理要从定性和定量两个方面进行分析,确定滑动面的位置和形状,分析边坡的稳定性,根据计算结果确定细化处置方案。