滑坡预防措施及剩余下滑力影响因素研究

石 晗 （中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430000）

1 引言

滑坡是坡地的土体或岩体由于重力、水和人为等因素超越极限平衡状态沿着一定的斜坡面发生整体滑动的现象，在空间上可分为牵引段、主滑段和抗滑段三段，在时间发育上可分为弱变形阶段、强变形阶段、滑动阶段和停滑阶段。

中国疆域辽阔，地形地貌复杂多样，大面积区域地质特殊，是滑坡灾害多发的国家之一。我国滑坡主要发生在三大地势阶梯的过渡段，以西南、西北地区最多，其次分布在中南及东南地区，云贵川等地滑坡规模大、类型多，频次高，危害大，中部省份滑坡以堆积层为主，范围不大，而东北地区的滑坡通常与冻土消融相关，为规模较小的冻融堆积层滑坡、崩塌。

滑坡对自然和人文环境均有较大影响，可对人类生产、生活造成重大损失。大型滑坡体沿坡向下运动的巨大冲击会导致山谷地貌、林场或水域破坏，可能形成的堰塞湖会对下游产生洪水威胁。人类建筑物、道路管线等在滑坡影响下会遭受局部或完全破坏，甚至引发伤亡事故。

对危险山体采取预防措施进行治理，能降低滑坡可能性或减少其危害性，对保障自然环境和人民财产安全具有重大意义，同时，选取经济合理的预防措施，通过低投入达到最佳的防治效果具有较强的现实意义。

2 滑坡预防措施

滑坡防治的目的是为了确保斜坡具有足够的稳定性，满足极限平衡条件，避免斜坡发生危害性变形与破坏。滑坡防治是一个系统性工程，包括预防滑坡发生和治理已发生滑坡两大领域。通常，预防是针对尚未严重变形与破坏的斜坡，或者对可能发生滑坡的山体进行处理；治理是针对已经严重变形与破坏或已经发生滑坡的斜坡。因此，既要加强地质环境的保护和治理，预防滑坡的发生，也要加强研究勘察，妥善治理已发生的滑坡，使其不再发生二次滑塌或次生灾害。由此可见，预防与治理是有序结合的。同时，滑坡防治应采取工程、生物放置、宣传教育、经济、政法措施等综合防治，方能取得最佳防治效果。

滑坡治理应当考虑地质环境、自然条件、破坏因素、可能造成的人员经济损失等因素，并采取以下措施进行预防。

①排水。根据不同地质条件，采取相应措施，将水排放到滑坡体外，防止水对滑坡体和滑面造成侵蚀软化。主要分为表面排水和地下排水两种类型，表面排水：设置平行于滑坡走向的有截水沟和沿着滑坡倾向的有排水沟；地下排水：浅表排水有平孔排水，深部排水中效率最好的是排水隧洞，与此相连接的立体排水结构物有集水孔、集水井。主动排水方式有虹吸排水、抽水，必要时可设置地下水平、纵向排水盲沟、廊道、斜孔等。

滑坡体的岩性松软破碎，一般为黄土、沙砾、碎石等，其中有些是残留在坡上的坡积物，也有些是洪水带来的洪积物。发生滑坡现象的因素除地形坡度较陡及岩性松软破碎外，最重要的因素是地下水的活动。由于地下水的渗透作用，在浅部土层或碎石堆积物与较坚硬的不透水岩体的接触面上形成了一定的水位，水不断地向外排泄，形成了一个凹曲面。在地下水长期渗透作用下，当土体因含水量过多导致重量增加失去平衡，同时由于水使接触面摩擦力减小，导致岩石土堆积物沿斜坡滑落而形成滑坡，因此，排水对于滑坡防治具有较大的现实意义。

②减载。刷方减载应在滑坡的主滑段实施。

③反压。反压填方应设置在滑坡前缘抗滑段区域，可采用土石回填或加筋土反压以提高滑坡的稳定性；同时应加强反压区地下水引排。

根据滑坡稳定性、滑坡推力和岩土性状等因素，还可以采用支档、注浆（不应堵塞地下水排泄通道）、植被绿化等措施进行防治。

3 滑坡剩余下滑力计算

滑坡稳定性判别方法包括圆弧滑动法、平面滑动法和折线滑动法。其中，整体圆弧滑动法（综合粘聚力法）适用于土质均一，滑带饱水难以排出（特别是以黏性土为主所组成的滑动带）的情况。平面滑动法可考虑坡面附加荷载、地震力、裂隙水压力、锚杆锚索等综合因素，以分析整块滑体稳定情况。

本文以折线滑动显示解法计算各类防治措施对滑坡剩余下滑力大小的影响，其特点在于对滑坡化整为多，引入安全系数对下滑力适当增大，逐级代算，同时可考虑水压力作用等因素，计算更为合理精准，在各大领域应用广泛。

3.1 计算原理

3.1.1 一般情况

式中：Ei为第i条块剩余下滑力（kN/m）；Ei-1为第i-1 条块剩余下滑力（kN/m）；K为安全系数；Wi为第i 条块重量（kN/m）；αi为第i 条块滑面倾角（度）；αi-1为第i-1条块滑面倾角（度）；φi为第i条块滑面摩擦角（度）；ci为第i条块滑面粘聚力（kPa）；lii为第i条块滑面的长度（m）；

E1、E2、E3、E4分别为滑块下滑力、上一滑块体传递的力、滑块抗滑力、滑面粘聚抗滑力（kN），见下式：

3.1.2 特殊情况

剩余下滑力计算时，没有考虑滑体附加荷载、地震作用、裂隙水压力以及锚杆锚索等作用。动水压力作用对剩余下滑力影响，增加动水压力作用荷载，表达式如下：

式中：K1为安全系数；Di为第i 条块动水压力产生的下滑力（kN/m）；Si为第i条块动水压力产生的浮托力（kN/m）；γw为水重度（kN/m³）；Ωi为第i条块饱水面积（m2）；ni为第i条块孔隙度。

3.2 模型计算

采用理正岩土软件，设置计算模型数据如下。

3.2.1 计算简图

图1 计算简图

3.2.2 计算参数

控制参数：滑坍边坡纵向长度=500.000（m）。

滑体基本参数见表1。

表1 滑体基本参数表

反压码信息见表2。采用反压码时，其可看做滑体的一部分，画面倾角较小甚至为负，能减少滑坡推力，计算方法与上部滑块相同。

表2 反压码信息表

图2 分块计算图

图3 自然滑坡（不排水+不反压+不刷方）

图4 工况1（排水+不反压+不刷方）

图5 工况2（不排水+反压+不刷方）

图6 工况3（不排水+不反压+刷方减载）

图7 工况4（排水+反压+刷方减载）

上部刷方减载信息：刷方减载的造价=20.000（元/方）。

排水时按不考虑动水压力及浮托力计算，截水沟等上部排水措施综合单价按300元/m计算。

3.3 计算结果

对比表3中的数据可知：

表3 各防治措施对滑坡剩余下滑力的影响

①采取加码反压措施对减少滑坡剩余下滑力效果最好，剩余下滑力减少32.45%，但其工程造价达54 万，且需要坡底有充分的空间才能实施，同步考虑坡底泄水、压实等各种因素，费效比为0.176，综合效果一般；

②采取截排水措施，滑坡剩余下滑力可减少29.09%，与反压效果接近，其工程造价仅15 万元，实施简单，费效比最低，综合效益最佳；

③上部刷方减载效果一般，滑坡推力降低14.44%，工程造价约30 万元，相对较高，费效比0.209，综合效益最差；

④三种措施同时采用时，滑坡剩余下滑力可降低75%以上，但工程总成本接近100 万元，费效比居中，整体效果不佳。

同时，地下水是诱发边坡滑坡的重要外部因素，也是改变岩土体力学性质的关键原因。填充物在结构面上的强度会因地下水的作用而降低甚至丧失，岩土体的自重会因地下水的作用而急剧增加。据统计，地下水诱发的边坡滑坡是世界上分布最广、发生最频繁的边坡滑坡，是各类边坡滑坡中对人类危害最大的。

地下水对边坡滑坡的影响主要表现在物理作用、化学作用和机械作用三个方面。

物理作用主要是润滑、软化、黏液和强化结合水，地下水与岩体之间的化学相互作用主要是离子交换、溶解、水化、水解、淋溶和氧化还原。机械作用表现在地下水通过孔隙静水压力和孔隙动压力的作用影响岩土体的力学性质。

根据计算结果可知，在设定模型下，安全系数K= 1，采用显示算法计算，即增大下滑力，抗滑力不变，在同时采取3种抗滑措施的情况下，最终滑坡剩余下滑力E= 230.496KN＞0，即滑坡处于不稳定状态，仍需另采取措施抵消下滑力，比如设置抗滑桩将力传导至下部稳定岩土层，增加稳定性。排水、减载和反压措施均可减少滑坡剩余下滑力，可降低抗滑桩设置条件，减少抗滑桩的工程造价，这对滑坡治理设计是有利的。

值得思考的是本文采用传递系数显示解法，在传递系数ψi-1= cos(αi-1-αi)- sin(αi-1-αi)tanφi/Fs的计算中，做了一个简化假设：将传递系数中的安全系数Fs假定为1，在一定程度上增加了计算误差。而传递系数隐式解法Fs＞1，传递系数增大，且将抗滑力R适当降低，增加了计算精度，但计算量和计算难度显著增大，不太适宜手算。由于计算机的普及，相应规范均进行了修订，改用隐式解法，边坡稳定分析和治理成本控制有进一步探索的空间。

4 结束语

滑坡预防主要措施包括排水、减载、反压等，其中反压和排水对减少滑坡剩余下滑力作用最为明显，排水措施极其重要且工程造价相对较低，为自然滑坡防治的首选，其包括地表排水（截、排水沟等）以及地下水排泄（集水井、泄水孔等）。在必须设置抗滑桩的情况下，采取上述三种措施可大幅降低滑坡剩余下滑力，减少抗滑桩工程成本。