基于传递系数法的边坡稳定分析及其治理

杨有莲，谢飞鸿，吴启红，万世明

(成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610106)

基于传递系数法的边坡稳定分析及其治理

杨有莲，谢飞鸿，吴启红，万世明

(成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610106)

分析了某滑坡体的形成机制，运用传递系数法和有限元法对滑坡体进行了稳定性计算，根据计算结果提出了治理措施，从中获得了宝贵的经验和教训.此结果不仅可为滑坡治理设计提供了依据，也对制定类似滑坡治理方案提供了参考.

滑坡;稳定性评价;治理措施

0 引言

作为本研究对象的滑坡体位于某公路路基左侧山体斜坡上，由于路基开挖，以及该区域连降大雨，导致该路基左侧的土体滑坡，产生滑移变形，引起临近农田、公路和居民房屋墙壁上出现了大量的裂缝，造成23余户居民约1 000人，近5 000 m2房屋和生活设施构造物受到影响.为了防止路基开挖施工进一步诱发临近路段滑坡，保护居民的人身与财产安全，迫切需要对该滑坡体进行治理.

1 滑坡体工程地质概况

1.1 滑坡体岩土结构特征

滑坡体区域地貌总体属侵蚀剥蚀中低山斜坡地貌，地形呈北高南低，中部地形较平缓，前后缘较陡.滑坡区域最高高程为650 m，最低高程为600 m，高差50 m，斜坡总体坡角约10°.

通过对滑坡体进行工程地质勘察发现，滑坡体区域处第四系地层，土层覆盖较厚，滑坡体两侧基岩出露，属Ⅱ类场地土.滑坡体主要分布的地层有第四系全新统(Q4)和中生界侏罗系下统珍珠冲组(J1Z)基岩，其中，第四系全新统(Q4)主要为人工填土层、滑坡堆积层和残坡积层3种地层类型.

滑坡体区域地调资料显示，滑坡体位于马槽坝背斜中轴部南东翼，总体上呈单斜状，无大的断层通过.同时，据历史观测资料，滑坡体区域内仅发生过＜3.6级弱震，属少震弱震区.根据国家地震局2001年8月1日颁布实施的《中国地震动参数区划图》(GB18306－2001)，滑坡区域地震设防烈度为6度，稳定性较好.

另外，滑坡体区域地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水2种类型.据区域地质地下水水质分析勘察资料，滑坡体区域地下水无侵蚀性CO2存在，为低矿化度弱碱性水.依据《公路工程地质勘察规范》(JTJ064－98)，按II类环境判定，滑坡体区域地下水对砼无结晶类、分解类和结晶分解类腐蚀性.

1.2 滑坡体岩土物理力学性质

由于滑坡体的滑体土及滑带土无法采取原状样，本研究工作对滑体土的常规物理力学指标根据经验数据确定，对滑带土的常规物理力学指标根据经验数据和反算结果确定.

1)滑体土:天然重度，19.5 kN/m3;饱和重度，20.2 kN/m3;天然抗剪强度，C=28.53 kPa，Φ =14.9°;饱和抗剪强度，C=18.09 kPa，Φ =11.28 °;地基承载力特征值取200 kPa(根据区域经验);摩擦系数，μ=0.35(经验值).

2)滑带土:天然抗剪强度值，C=15.6 kPa，Φ=10.87 °;饱和抗剪强度值，C=10.8 kPa，Φ =7.5 °.

2 滑坡形成机制分析

该滑坡体后缘最高高程为645.5 m，前缘最低高程为606 m，剪出高程约为608.80～612.70 m.滑坡体前缘以施工开挖后形成的陡坡为界，后缘和西侧沿着岩土边界线作为滑坡边界，东侧沿防护站和便道为边界.滑坡体整体呈长椭圆形，滑坡横向宽为190 m，纵向最长为248 m，平均厚度5.5 m，面积4.7×104m2，体积2.6 ×105m3.

按照《地质灾害防治工程勘察规范》(GB50/143－2003)，该滑坡体属于中型滑坡，其诱发因素为工程滑坡，滑动方式为松脱式滑坡，按照滑体厚度划分，其为浅层滑坡，演变阶段为滑动阶段.该滑坡体前缘为拟建公路，滑坡体后缘位于人口密集区，致灾地质体成灾后可能造成的危害大，安全等级为一级，地质灾害防治工程等级为一级.

由于道路路基施工开挖以及连降大雨，引起该段路基左侧土体滑坡，山体斜坡开始滑移变形，并出现大量裂缝.根据本次勘察工作所得的资料综合分析，造成滑坡的具体影响因素包括:

1)降雨.根据前述滑坡体区域近期变形特征分析，从收集的资料看，其变形时间集中在雨季.因降雨，特别是暴雨，使滑体土、滑带土的C、Φ值降低，加速了该滑坡体的滑坡变形.

2)不合理的人类工程活动.在该道路的路堑施工开挖时，将滑坡体前缘抗滑段挖除，在滑坡体前缘形成了新的临空面，破坏了原自然山坡的稳定状态.

3)排水.根据实地调查，滑坡体斜坡上有大量水田和池塘，各种水沟纵横交错，附近居民用水直接在地表排放，导致大量的地表水渗入滑体、滑带与滑床，从而改变了该滑坡体的水文地质条件，增加了下滑力，降低了抗滑段阻滑力.

3 地基及构筑物的稳定性评价

现场调查发现，该滑坡体所反映的宏观变形迹象十分明显，这主要是由于连续降雨造成的.坡体后缘产生大量裂缝，反映了该滑坡体目前处于不稳定状态，已经威胁到滑坡体后缘居民安全.

根据滑坡体现状以及发展趋势等特点，其稳定性分析包括现状天然条件、暴雨导致土体饱和以及地震等影响因素.结合现场勘察，滑坡稳定性分析选以下3种工况组合:工况1，自重+地面荷载;工况2，自重+地面荷载+暴雨(控制工况);工况3，自重+地面荷载+暴雨+地震(校核工况).

根据《地质灾害防治工程勘察规范》(GB50/143－2003)规定，当滑坡稳定系数Fs＜1.0时，滑坡体不稳定;当1.00≤Fs＜1.05时，滑坡体欠稳定;当1.05≤Fs＜1.20时，滑坡体基本稳定;当Fs≥1.20时，滑坡体稳定.

为了正确评价该滑坡体的稳定性，本研究选取滑坡剖面1－1’～7－7’(见图1)来计算其稳定性.计算由理正岩土软件完成，各工况条件下的计算结果见表1.

图1 滑坡剖面示意图

表1 滑坡体稳定性评价

4 滑坡稳定性系数及剩余下滑力计算

在计算中，地下水位以下滑体取饱和重度，不考虑渗透压力影响.根据稳定性计算结果分析、预测，并考虑多种不利因素影响，按工况1、工况3对滑坡进行下滑推力计算.根据《公路路基设计规范》(JTJD30－2004)，本滑坡体后缘为居民区，前缘为拟建公路，危害较大，安全等级为一级，安全系数除工况3取1.05外，其余各工况取1.20.

滑坡推力的计算采用传递系数法，由理正岩土软件完成.计算分块见图2.在工况2、工况3条件下，滑坡稳定性系数及剩余下滑力计算结果见表2、表3.

图2 滑坡推力计算分块图

表2 滑坡稳定性系数及剩余下滑力(工况2)

表3 滑坡稳定性系数及剩余下滑力(工况3)

由计算结果可知，滑坡稳定性系数在工况2条件下为1.08，工况3条件下为0.96，该滑坡体稳定性差.在暴雨、连续降雨等不利因素作用下，极有可能发生再次滑动，从而危及滑坡体区域附近居民的生命与财产安全.

5 治理措施及结果

5.1 治理措施

由于该滑坡体所在的斜坡已经发生明显的蠕滑错动，因此应按技术可行、经济合理、不留后患的原则［1－4］，选取支挡为主，截水防渗为辅的综合治理方案，经过计算和分析，具体措施包括:

1)对纵坡进行调整.纵坡调整后较大地减低了挖方的高度，增加了填方的高度，纵坡调整后再对右侧原路堑墙进行调整，由原来的3 m高度调整为4 m高度，顶宽由0.5 m调整为1 m.由于施工单位已经按照原设计方案施工了一部分工程，该段路基右侧的路堤和桩板墙均已施工完成，填方高度增加后对原已填筑完成的路基将产生一定影响.为了保证路基填方的工程质量，在调整设计时采用了挖台阶、填石、浆砌片石和增设护脚等措施对该段路基进行了处理.

2)施工中虽然进行了调坡处理，但由于该段滑坡体推力较大，为主要滑动方向，其滑坡方向上的房屋均已出现大量裂缝和倾斜现象.针对以上情况，对该段路基内侧处的坡段仍采用了设置抗滑桩方案进行处治.

3)在施工时采用黏土将裂缝回填夯实，并按设计要求在滑坡的外缘和滑坡内设置截水沟.

5.2 治理结果

该滑坡体经上述处理后，各滑坡剖面稳定性计算结果见表4.

表4 治理前后滑坡稳定性评价

6 结论

在道路工程设计选线时，设计人员要充分调查路线通过区域的地质情况，对可能产生滑坡灾害的路段应引起足够的重视.对于大型滑坡区域应尽量绕避，对于无法绕避的滑坡区域应通过详细地质勘察，查明其性质、规模，当前的稳定程度，不利工况下的稳定程度及今后的发展趋势，并据此采取相应的预加固措施.

通常，滑坡发展是一个由小到大逐渐变化的过程，对于滑坡的治理最好应在其初始阶段或萌芽状态进行.初始滑坡阶段滑带土指标及稳定度较高，抗滑段能提供一定的抗力，治理工程量较小，工程造价较低.一旦滑坡体产生滑动，滑带土指标及稳定度将急剧降低，抗滑段的抗力减小甚至降低为零，滑坡推力增大，治理工程量随之增大，工程造价增加.此外，滑坡治理方案在技术上应可行，经济上需合理.

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Stability Analysis and Treatment of Landslide Based on Transfer Coefficient Method

YANG Youlian，XIE Feihong，WU Qihong，WAN Shiming
(School of Architecture and Civil Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

This paper analyzes the formation mechanism of one landslide.By the force tranfer method and the finite element method，the stability of the landslide is calculated.According to the calculation results，the control measures are proposed.We obtain the valuable experience and lessons from them.The results not only provide the basis for the design of the landslide treatment，but also give the reference for the landslide treatment scheme.

landslide;stability evaluation;control measure

U416.1+4

A

1004－5422(2015)01－0087－03

2014－12－29.

杨有莲(1976—)，女，博士，讲师，从事岩土工程研究.