地下水渗流情况下富水滑坡治理设计

■翁丽花

（莆田市公路事业发展中心涵江分中心， 莆田 351100）

地下水是造成滑坡的重要因素，多数滑坡的发生与发展过程都与地下水活动密切相关。 关于地下水对滑坡的影响方式主要有两个方面：一是对滑动带的润滑和软化造成滑动带的抗剪强度减小，下滑力增大； 二是地下水对滑体的动水压力和静水压力。 国内外对于富水滑坡的治理和计算方法进行了大量的研究，并且成功地治理了许多富水滑坡[1-3]。然而，在工程实践中，通常采用滑坡某一时期所处的状态反算出滑动带的指标进行滑坡治理设计，而没有考虑地下水的渗流影响。 因此，本文依托某省道富水滑坡案例， 采用反算的方法得出滑动带的强度指标， 而后采用预应力锚索框架结合平孔排水的方式对滑坡进行综合治理，并通过GeoStudio 软件进一步计算了在地下水渗流情况下的滑坡稳定性。

1 工程概况

1.1 原设计概况

原设计边坡开挖共2 阶，1 阶坡脚设路堑挡墙，采用浆砌片石满铺护坡， 后因强降雨引起边坡变形，进而卸载刷方至3 阶，第3 阶满铺浆砌片石护坡。 滑坡现状如图1 所示。

图1 滑坡全景图

1.2 地形地貌及工程地质

滑坡区为剥蚀丘陵地貌区， 天然坡度约25°～30°区，局部为35°，坡体由东北倾向西南。 原地表植被较发育，坡面除了部分芦苇茂盛，还有龙眼、芭蕉树，边坡小里程至中部地形内凹，大里程坡体位于地形山脊处，后部为水稻田（现改为旱田）、地瓜田地及居民住宅。 边坡邻近构筑物环境复杂，坡下线路右侧建有四层砖混结构及龙东大桥，三级坡面筑有2 根电杆， 边坡左后方距离边坡开口线20 m 位置坐落1 处电塔（35 kV，梧白线）。 因坡体处于山坳汇水处，坡面水系特别发育，多处见汇水点，挡墙墙身泄水孔多处见出水，段落中部挡墙墙顶上部坡面径流经由墙身流至墙脚排水沟。 据工程地质调绘及钻孔揭露， 场地地层从上至下依次为， 人工填土（Q4me）、残坡积土（Qdl-el），下伏基岩为凝灰熔岩（J3n）及其风化层。

2 滑坡的形成过程和原因

2.1 滑坡的形成过程

在2017 年7 月30 日9 号“纳沙”和2017 年8 月1 日10 号“海棠”双台风以及强降雨作用下，边坡出现病害，坡面滑塌，后缘下错裂缝贯通。 该段边坡长约260 m，病害较为明显的段落约有100 m，坡高约25 m。 因坡面滑体已经堆积至挡墙墙顶，部分岩土体已溜至下方路面，电塔及坡面电杆存在倒塌风险，边坡病害严重威胁坡下房屋安全及省道运营安全，对边坡进行应急抢险刷方卸载处理，移除坡面电杆。 2019 年3 月，经现场踏勘发现边坡后缘圈椅状下错裂缝明显，最高处下错裂缝近4 m，边坡坡面冲刷严重，后缘下错裂缝已延伸至原电塔塔基平台。 滑坡平面如图2 所示。

图2 滑坡裂缝分布

2.2 滑坡的形成原因

2.2.1 地质条件的影响

滑坡区岩石风化层和残坡积层较厚且呈散体状，在降雨入渗的条件下极易软化，饱水后的力学强度指标大幅度降低。 其中，上覆的残坡积层和风化层具有一定的渗透性，而下部的中风化层渗透性较小，降雨入渗后的地下水在土岩交界面形成富水层，形成相对软弱层，导致滑动带的产生。

2.2.2 工程活动的影响

由于省道施工开挖形成的3～7 m 陡坎，削弱自然坡体的前缘支撑， 在连续降雨等不利工况下，路堑边坡首先产生变形和破坏，使得坡体前缘的抗剪能力急剧下降，进而改变了整个山体原有的应力平衡状态。

2.2.3 水的影响

滑坡区位于地表水、地下水易汇集的山坳地，地下水多沿土岩交界面径流， 连日暴雨使本已丰富的地下水更加充盈，土岩交界面的径流量骤增，增大了滑坡体的下滑力。另外，滑坡体上的多级裂缝为地表水的渗入提供了通道，滑动带中含水量大增，最终达到饱和状态，在土岩交界面的静水和动水作用下，上部残坡积层和风化层沿着土岩交界面滑动。

3 滑动面的辨识及滑动面强度指标反算

3.1 滑动面的辨识

对于滑坡的治理首要任务是确定滑动面的位置，根据滑坡后缘裂缝和前缘变形情况，以滑坡后缘裂缝和前缘剪出口为控制点，结合地层结构中岩芯出水发生部位确定滑面的位置（图3）。 该滑坡存在多级裂缝和丰富的地下水，根据滑坡后缘的裂缝位置，此次滑坡为多级多次的牵引式富水滑坡。

图3 推测滑动面

3.2 滑动面强度指标反算

由于受到滑坡体滑动的影响，滑动带土体已经成松散状，滑动带的土体取样困难。 另外，滑动带经过长时间和多次的剪切， 其现有应力状态复杂，难以通过常规的室内土工试验测定强度参数，因此对于滑动带的强度指标通常根据滑坡某一时期所处的状态反算其滑动带的强度指标。 考虑目前坡体处于蠕滑阶段的基本稳定状态，据此对剖面进行潜在滑动面抗剪强度参数反分析计算， 安全系数Fs取1.05～1.10[5]，反算的滑动带强度指标如下所示：当前状态稳定度F=1.070；滑动面指标γ=18.5 kN/m3、C=13 kPa、φ=13°，参数反算结果如图4 所示。

图4 参数反算结果

4 滑坡综合处治措施及效果分析

4.1 滑坡综合处治措施

该滑坡周边环境复杂，前缘影响区范围内存在省道，后缘影响区范围内存在高压电塔，并且地下水丰富，因此对于该滑坡的治理采用治水与防护加固并用的综合治理措施。 该省道等级为二级，滑坡影响区有高压电塔， 滑坡防治安全等级提高一级，该滑坡防治安全等级判定为Ⅰ级，因此该滑坡防治工程设计稳定安全系数在正常工况下取1.20～1.30，非正常工况下取1.10～1.20。

4.1.1 防护加固措施

防护加固措施如下：（1）该滑坡前缘坡面基本平整， 为了尽量减小治理工程对滑坡体的扰动，在滑坡体前缘采用预应力锚索框架加固，锚索钻孔孔径φ150 mm，6 束钢绞线锚索。 （2）为了保护已有高压电塔，铁塔外侧设置2 排钢管桩，正方形布置，桩间距0.5 m，桩顶钢筋混凝土冠梁连接，冠梁尺寸宽1.0 m，高0.4 m，保证钢管桩进入碎块状凝灰熔岩不小于3 m，采用M30 水泥砂浆进行注浆。 加固断面如图5 所示。

图5 加固断面图

4.1.2 截排水措施

截排水措施如下：（1）第一阶挡墙墙身及第二阶设置排水平孔，长25 m，间距5 m。 （2）根据坡体裂缝分布情况，设置2 道环状截水沟，中部设置4 道横纵向主沟连接，形成树枝状截水系统。 （3）滑体表面裂缝已成为地下水下渗的重要通道，采用黏土对已有裂缝进行封闭。

4.2 滑坡综合处治效果分析

4.2.1 正常工况处置效果分析

边坡采用预应力锚索框架加固后，滑体的安全稳定性系数为1.331（图6），满足规范要求。

图6 正常工况计算结果

4.2.2 基于地下水渗流的处置效果分析

该滑坡为富水滑坡，为了验证地下水渗流对滑坡处置效果的影响，采用GeoStudio 软件的SEEP/W模块和SLOPE/W 模块。 运用SEEP/W 模块模拟出不同降雨持时条件下非饱和土体中地下水的瞬态分布情况，得到瞬态孔隙水压力分布情况。 再利用SLOPE/W 分析瞬态孔隙水压力分布下的边坡稳定性，从而得到滑坡在地表水下渗条件下的边坡稳定性状态。

滑坡所在地暴雨量值（表1）通过水利部水文局、南京水利科学研究院2005 年编制的《中国暴雨统计参数图集》收集整理[9]。 5 种历时能较好表述滑坡区暴雨时程分布的基本特点，10 min 代表小尺度天气系统产生的特短历时特小面积暴雨，而72 h 则基本上可以反映较大尺度天气系统形成的一次降水过程。 计算结果如图7～11 所示，在降雨情况下，该滑坡的稳定安全系数均大于1.10，满足规范要求。

图7 降雨历时10 min 地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响情况

表1 滑坡区域百年一遇雨量值

从渗流计算结果可得，地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响较大，1 h～6 h 的降雨条件下安全稳定性系数随着降雨时长的增长而降低，而24 h～72 h 的降雨条件下安全稳定性系数随着降雨时长的增长而增大。 在降雨历时较短时，由于短历时下的暴雨强度较大，随着降雨时长的增加，地下水来不及排出，安全稳定性系数随着降雨时长的增长而降低。 在降雨历时较长时，由于长历时下的暴雨强度较小，随着降雨时长的增加，地下水逐渐排出，安全稳定性系数随着降雨时长的增长而增大。

图8 降雨历时1 h 地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响情况

图9 降雨历时6 h 地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响情况

图10 降雨历时24 h 地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响情况

图11 降雨历时72 h 地下水渗流对滑坡的安全稳定性系数影响情况

5 结论

本文以对某省道富水滑坡的治理为背景，采用基于渗流的方法计算了不同降雨历时对滑坡稳定性的影响，得到如下结论：（1）对于渗透性上大下小的地层， 降雨入渗的雨水易在土岩交界面汇集，在动水和静水的作用下，上部土层沿着土岩交界面滑动。 （2）对于地下水丰富的富水滑坡，应采用治水与防护加固并用的综合治理措施。 （3）在短历时降雨时，由于暴雨强度较大，随着降雨时长的增加，地下水来不及排出，安全稳定性系数随着降雨时长的增长而降低。 在长历时降雨时，由于暴雨强度较小，地下水逐渐排出，安全稳定性系数随着降雨时长的增长而增大。