变形监测在滑坡处治中的应用

鱼安卿，陈 川，罗安民

(1.广西铁路投资集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

滑坡是我国山区常见的地质灾害之一，对公路、铁路建设形成重要威胁，极易造成人员伤亡及财产损失[1-2]。以往的滑坡灾害调查多以地质调绘、钻探、物探等传统手段为主，这类手段存在一定的局限性，尤其是对新生滑坡或潜在滑坡，往往难以准确定位滑动面，对滑坡的运动状态也无法准确掌握，这些都对防治决策产生重大影响[3-4]。

近年来，监测技术作为防灾减灾的一项重要手段，越来越受到重视。通过对滑坡的平面及深部变形、裂缝发展等位移指标进行监测，可准确地查明滑坡体的范围、规模、类型、变形状态等，结合环境(降雨、地下水等)监测数据可综合分析出滑坡的诱因，起到诊断及预警的效果[5]。本文以广西田林县G324国道滑坡发生后的病害治理监测为例，探讨了变形监测在防治潜在次生滑坡中的重要参考作用。

1 工程概况

2018-06-24上午6：50，田林县乐里镇G324国道沿线居民小区西侧发生滑塌破坏，造成滑坡后缘6栋2～6层居民楼倒塌，掩埋冲沟下方24户居民房及公务用车4辆、私家车2辆，未造成人员伤亡，直接经济损失约1 000万元。滑塌区后缘及北侧周界出现多条贯通张拉裂缝，潜在威胁区域包括滑坡体上缘的办公楼、居民小区、建材市场、汽修站等，以及下缘的数十栋办公楼及数百间居民楼，潜在受威胁人数为1 100人，属特大型地质灾害。国道紧邻滑坡后缘，路基大面积临空，发生滑动破坏风险极大，严重危及行车安全。

场地内地层由第四系人工堆积层(Qml)、第四系残积层(Qel)、三叠系中统兰木组(T2l)。

素填土：褐黄、褐灰色，松散-稍密，主要由黏土、碎石、块石组成，碎石、块石含量约20%～50%，粒径为2～300 mm，母岩成分为泥质粉砂岩，为国道建设山体开挖堆填而成，基本完成自重固结，厚0.80～18.40 m。

黏土：褐黄色，硬塑状，土质不均，含风化泥质粉砂岩碎块，干强度及韧性高，厚1.10～5.30 m。

强风化泥质粉砂：灰、灰绿色，岩石风化强烈，原岩结构清晰可见，岩体破碎，岩芯多呈半岩半土状，少量呈碎块状，厚1.30～11.80 m。

中风化泥质粉砂：深灰色，夹页岩，泥质粉砂状结构，薄-中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯多呈短柱状、碎块状，岩体较破碎。

2 处治设计方案

田林县乐里镇G324国道沿线富裕小区西侧发生滑坡破坏后，路基临空面大，为确保道路及通行安全，位于临空面侧应设计支挡结构进行防护。支挡结构拟采用锚筋桩组成棚架体系对潜在滑坡体进行锚固，沿国道临空面-侧设置4排锚筋桩，桩长锚入下伏基岩中(见图1)，锚筋桩顶设计桩面板连接，确保道路行车安全。具体设计方案根据监测数据进行了优化。

图1 处治方案设计断面图

3 监测方案

3.1 监测目的

对地表位移、深层位移等指标进行监测，以确定滑动面深度位置、掌握滑坡变形规律及其发展趋势，及时做出险情预报，同时研究和掌握滑坡活动的规律及其发展趋势，可为设计方案优化及施工控制提供可靠依据，并借以验证工程处治的效果。

3.2 监测内容

监测内容主要包括以下方面：

(1)地表巡查：定期进行边坡的巡视检查工作，检查内容包括边坡是否出现新裂缝、新旧裂缝的变化情况(裂缝的深度及宽度)、是否出现掉块现象，坡顶地表有无下陷，排、截水沟是否通畅等。

(2)边坡地表位移监测：在滑坡重点部位布置地表位移监测点，采用高精度监测机器人通过大地测量法观测出地表的水平位移及垂直位移。

(3)深层水平位移监测：采用滑动式测斜仪监测滑坡内任一深度段的相对倾斜变形，反求其横向(水平)位移，以及滑动面、软弱带的位置、厚度、变形速率等，以分析滑坡变形趋势。

3.3 测点布置

本项目共布设深层测斜孔3个(ZK4、ZK5、ZK6)，地表位移监测点10个(JC1～JC10)，各类监测点平面位置见图2。

图2 监测点布置图

4 监测结果

4.1 深层测斜监测成果

(1)滑动面确定

经对测斜监测数据整理，绘制出各孔累积位移-深度曲线图(见图3)。

图3 各孔累积位移-深度曲线图

由图3可知，路基范围存在持续变形，处于欠稳定状态。ZK4测斜曲线仅在5～10 m深度段发生明显弯折，弯折极值点位于7.5 m深度，该点上下曲线与垂直向呈约65°～70°，其余深度段曲线整体上与初始位移线呈较小角度发展，说明该测斜孔在7.5 m深度时发生与初始状态的位置突变，判定该深度为ZK4的深部滑动面位置，其上方5.0 m处为滑动位移峰值面位置。同理，对于ZK5和ZK6的测斜曲线，出现2～3个明显变形拐点，即位移突变起始点，均有可能为各孔深部滑动面所在位置。ZK5滑动面深度为11.5 m，位移峰值面深度为9.5 m；ZK6滑动面深度为15.0 m，位移峰值面深度为14.5 m。将各孔滑动深度连线后，得到最危险潜在滑动面，该滑面最深15.0 m，滑动面位置见图4。

图4 深层测斜孔变形曲线综合分析图(cm)

(2)深层测斜数据分析

结合现场工况时间节点，对各测斜孔的变形数据进行统计整理，得到深层测斜峰值变形速率、阶段累积位移统计表(见表1)，绘制成图(见图5)。

从表1中可见，处治施工前监测时段ZK4、ZK5、ZK6峰值累积位移分别为1.22 mm、4.47 mm、3.06 mm，即临空侧(ZK5与ZK6)累积位移是滑坡后缘(ZK4)的3.5倍和2.5倍；在处治施工前，ZK4、ZK5、ZK6平均速率分别为0.04 mm/d、0.03 mm/d、0.16 mm/d，最靠近滑塌侧的ZK6平均速率为ZK4和ZK5的4倍。在锚筋桩施工期间，ZK5和ZK6的平均速率和最大速率均为ZK4的2倍。由图5(b)中测斜峰值变形速率-时间曲线亦可看出，在锚筋桩施工期间，各测斜孔变形速率较大，速率曲线振幅明显且集中，在各测斜数据采集时间点上，处治施工前各测斜孔变形速率整体上升并呈现出大小关系为ZK6>ZK5>ZK4的规律。结合各测斜孔平面位置及变形速率大小关系，滑坡靠前缘侧深层变形速率大于后缘深层变形速率，表明本滑坡为牵引式破坏。

表1 深层测斜峰值变形速率、阶段累积位移统计表

(a)累积位移-时间

(b)峰值变形速率-时间

4.2 地表位移监测成果

将地表监测数据结合现场工况时间节点进行整理统计后，得到地表监测点平面变形速率、阶段累积位移统计表(见表2)，地表位移监测s-t曲线见图6。

表2 地表监测点平面变形速率、阶段累积位移统计表

图6 地表位移监测s-t曲线图

由表2可知，距离滑坡较远的地表监测点JC1、JC4、JC9、JC10在施工期间受到扰动出现震荡式正位移，施工完成后扰动因素消失，以上测点恢复低速蠕动变形，位移曲线转向平缓，在2019-12-16至2020-12-05近一年的监测时段中，平均位移速率仅为0～0.01 mm/d，最大位移速率为0.01～0.03 mm/d，阶段累积位移为0.50～2.01 mm。而靠近滑坡的其余地表位移监测点在施工完成后由于支挡结构尚未完全发挥对土体的支挡效果，在施工完成后监测时间内仍有4.12～6.31 mm的阶段累积位移。以上不同区域地表变形特点进一步证明滑坡周界圈定的客观合理性。

在同一监测断面上的两个测点JC3、JC6在施工期和施工完成后两个监测时段内阶段累积位移分别为9.08 mm、10.16 mm和4.80 mm、6.31 mm，位移量均表现为JC6>JC3；JC6位于滑塌周界后缘内，JC3位于道路另一侧民房处，可见地表平面位移呈现出前大后小的牵引式破坏变形特征。

4.3 治理效果综合分析

处治施工完成后，本阶段深层测斜、地表位移的平均速率和最大速率均降至施工前低速水平，位移曲线斜率减缓，最终与水平线夹角趋向0°，速率曲线无限接近零速率线。表明施工完成后滑动趋势逐渐减弱，滑坡体稳定性提高，滑塌风险得到有效治理，滑坡区逐步降速并逐渐转为变形稳定状态，处于变形速率持续归零阶段，支挡结构在国道处滑坡体后缘发挥最大支挡作用，采用锚筋桩对滑坡进行支挡的处治方案效果良好。

5 结语

(1)借助监测数据能准确判断滑动区、滑面深度，判定滑坡类型，识别滑体的状态，是传统滑坡勘查手段的一个重要补充，为滑坡防治决策提供帮助。

(2)监测数据可为滑坡防治工程的治理效果验证提供充分的数据支持。

(3)本次监测的数据采集均为人工数据采集，在数据准确性、时效性上有一定的局限。如能采用GNSS自动化地表位移监测设备、多点深层位移计等自动化数据采集设备，将会更加及时与高效。

(4)在变形监测的基础上，若增加环境监测(地下水位监测、降雨监测等)将能更加准确地判断滑坡诱发因素，全方位了解滑坡。