强降雨作用下填土滑坡的失稳机理及加固处理措施研究

李光明，徐世光，2，王彦军，屠水云

（1.云南地矿工程勘察集团公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大学，云南 昆明 650093；3.云南地质工程勘察设计研究院，云南 昆明 650102）

强降雨作用下填土滑坡的失稳机理及加固处理措施研究

李光明1，徐世光1，2，王彦军3，屠水云3

（1.云南地矿工程勘察集团公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大学，云南 昆明 650093；3.云南地质工程勘察设计研究院，云南 昆明 650102）

云南阳宗海西侧某职业学院填土边坡去年雨季发生滑坡，强降雨入渗导致的地下水渗流与土层软化作用构成了滑动的主要促发因素。变形分析和稳定性计算揭示滑动面主要形成于填土与残坡积层分界面。运用基于有限差分原理的Flac3D软件来对该滑坡体进行分析，研究房屋加载与无加载时边坡的应力及位移场分布对滑坡的影响。应急处置按照“应急工程先行，防止恶化；永久治理，不留后患”的滑坡防治原则，采用旋挖桩预加固稳坡、抗滑桩与排水等综合治理措施，取得良好效果。

填土滑坡；地下水渗流；土体软化；旋挖桩；抗滑桩

1 研究背景

云南地处云贵高原，山地和丘陵占总国土面积的94%，可用建设用地非常紧缺，随着云南经济发展的加速，基础设施建设规模不断扩大，特别是近年城镇上山政策的推行，人类工程活动中挖填方规模越来越大，有的开挖高度达数十米。因填土处置、施工方法不当而造成的高填方边坡失稳事故频发，给经济建设带来巨大损失，为此对填土边坡的失稳坡坏机理与治理方法的研究就显得十分重要。

填土边坡是人类工程活动中形成的一种人工边坡，它的基本特点是，因填筑材料复杂多样，很难保证其压实质量；填土边坡的岩土体一般处于欠固结状态，后期的沉降与变形不可忽视等［1-6］。

大量的工程实践表明，降雨是影响边坡稳定性，导致边坡失稳的一个主要的环境因素。降雨对边坡稳定性的影响主要表现在两个方面：一方面，当边坡地下水位埋深较浅时，降雨入渗使边坡的地下水位抬升；另一方面，降雨入渗使边坡岩土体的饱和度增加，基质吸力减小，同时岩土体浸水软化，其物理力学性质将发生改变。特别是对于这类填土边坡，当填筑土体的压实度不高时，土体的渗透性通常都较好，当遭遇强暴雨时，大量雨水渗入地下抬高地下水位，从而使边坡的稳定性迅速降低［7-8］。

本文以云南阳宗海西侧某职业学院填土滑坡为例，以该边坡的工程地质条件为基础，从其变形失稳机理、稳定分析、加固处理措施及其加固效果评价等多方面对其稳定性进行了分析评价，对于相同或类似工程具有重要的借鉴意义。

2 滑坡体特征分析

2.1 滑坡形态特征 该填土滑坡体位于云南某职业学院阳宗海校区北东侧斜坡体上，地形坡度上部较缓，基本削填为平台状，下部较陡约30°，坡面植被不发育。该区域为早期冲沟源头地段，因工程建设的需要对冲沟进行回填整平，结合支挡工程后形成现状西东向三级台地的地形特征，在其南侧滑坡前缘临空面高2～13m。边坡主滑方向约80°～200°，扇形分布，前缘一带高程为1 924 m，后缘高程为1 945m，相对高差约20m。边坡周界清晰，在斜坡地带呈不规则“扇形”分布，主要沿历史冲沟沟心方向滑动。

该滑坡体平面宽约90m，轴向长约50m，平面面积约为4 500m2，平均厚度约10m，总体积约为1.1×104m3，属小型中层推移式填土滑坡。滑坡的滑动面（带）为填土与原始坡面接触带，局部发育于残坡积底界面（带）。详见图1。

图1 滑坡体工程地质平面图

滑坡体的地层岩性在竖直方向由上至下可分为：第四系人工素填土层、第四系残坡积含角砾粉质黏土（Q4el+dl）、古生界寒武系系龙王庙组（∈1L）：全-中等粉砂质泥岩、泥岩、灰岩层。滑坡区岩层产状、节理与边坡组合总体为顺向坡，岩层产状倾角大于边坡坡度，对边坡稳定有利；出现深层基岩滑坡可能性小。滑坡体典型地质剖面如图2所示。

图2 滑坡区典型工程地质剖面图

2.2 滑坡体变形破坏特征 在该滑坡体中部陡坡地带，目前自西向东建设有2#学生公寓、1#公寓及食堂等建筑物，设计均采用柱下人工挖孔桩基础工程（见图2），基础桩长9～20 m不等，桩径0.8～1.0m，桩基础均埋入全、强风化泥岩及中风化灰岩地层中。2012年12月以来该区域不断出现变形迹象，建（构）筑物及混凝土地坪出现开裂变形，并伴有水平滑移迹象，直接威胁1 000余学生生命安全，以及1#、2#学生公寓与学生食堂等建筑物安全。

滑坡地表变形迹象主要：有混凝土地面的拉裂、台阶的拉裂倾斜；公寓的倾斜、错位与沉降弯曲变形；挡土墙的错裂与鼓张；支撑桩的倾斜与局部错裂；排水沟局部隆起开裂等。共发现地面变形裂缝82处，典型裂缝位置见图1，滑坡典型裂缝特征见表1。

表1 滑坡地面典型变形裂缝统计表

3 滑坡成因分析

3.1 滑坡变形破坏机理分析 滑坡的形成主要有以下3方面的因素：

（1）地形因素：滑坡发育地段位于山脊斜坡区冲沟沟源地带，冲沟溯源侵蚀强烈，沟壁失稳，坍塌严重。

（2）水的作用：填土中存在大量孔隙，为透水层，每年雨季大量降雨通过填土孔隙入渗，转化为地下水，由于下伏残坡积层为相对隔水层，地下水便聚集在填土与残坡积粉质黏土分界面附近，沿填土底面向冲沟方向渗流，但在实地调查中未发现滑坡体前缘及坡面有地下水渗出，说明地下水排水不畅，这就造成地下水长期作用在填土与原地表面之间，长期浸泡、软化土体，降低了土体抗剪强度［2］，经对本次试验数据对比得知，其c、f值分别降低了22.2%和29%，从而形成软弱面（在施工过程中发现在分界面附近填土处于饱和、软塑—流塑状态），由于原始地形向东南倾斜，存在一定临空面，因此填土在自重及局部上部加载作用下向东南（冲沟）方向产生了推移式滑移。

（3）人为因素：原有高速公路弃土杂乱堆积于冲沟源头，学院建设场地平整时，在未对原有填土进行任何处置的情况下，又进行了二次填土，同样也未进行分层碾压、夯实，也未采取排水措施，仓促在其上部进行建设、加载。导致填土结构松散、饱和，引发填土边坡失稳及地基不均匀沉降、变形。

3.2 滑坡体稳定性分析

3.2.1 计算剖面与稳定分析参数 根据滑坡体的地质条件及已有的变形破坏迹象，可以判断该滑坡体的滑移模式为沿土石界面及填土界面整体滑移破坏。本文选取沿主滑方向的6个断面作为稳定分析的典型计算剖面进行稳定性分析（各计算断面的平面位置见图4），其中5-5地质剖面图如图3所示，表3为稳定分析计算采用的滑坡体各土层的物理力学参数表。

3.2.2 滑坡体稳定分析成果 边坡抗滑稳定性计算采用刚体极限平衡法，滑面纵向上均呈折线形，选取折线形滑面计算公式进行稳定性计算［9-10］。

滑坡推力计算安全系数Fst，均以1取值。工程荷重Qi′（kN/m），滑坡区上部分布有公寓、食堂等建构筑物，宿舍按15 kN/m考虑，共计90 kN/m的上部均布荷载；食堂按15 kN/m考虑，共计45 kN/m的上部均布荷载；本地区抗震设防烈度为8度，水平地震影响系数a取0.085。

计算工况包括天然状况、考虑降雨与考虑地震作用。表4列出了各计算剖面不同工况条件下的稳定分析成果，从计算结果可以看出，天然条件下各计算剖面的安全系数在0.9～1.05之间，处于临界状态，当考虑降雨影响时，其安全系数小于1.0。计算结果与滑坡体目前的稳定状况是相符的。

图3 滑坡稳定性典型计算断面图

表2 滑坡整体稳定性计算参数取值

表3 滑移稳定性计算结果统计表

3.3 滑坡体应力变形分析 本文采用岩土工程数值分析软件Flac3D对该滑坡体进行应力变形分析，研究在有房屋加载与无房屋加载时边坡的塑性区及位移场分布，从而得到建筑物加载对于滑坡的影响。

图4 位移场分布图

图5 塑性区分布图

由图4、图5可得知滑体的位移主要集中在滑坡的填土层，滑坡体发生剪切塑性破坏的区域在滑坡体的填土界面上，综合可得滑坡体的潜在滑动面极有可能就是填土界面。

4 滑坡体加固处理措施及加固效果评价

4.1 已有加固工程失效原因分析

4.1.1 已有加固工程 业主前期已实施桩板墙及挡土墙工程。桩板墙工程共12棵支撑桩，据现状调查，部分支撑桩顶已向外侧偏移约5 cm，桩身外侧产生混凝土爆裂变形，钢筋裸露、折断；深孔位移监测资料也表明支撑桩地带有深部位移现象，说明支撑桩的稳固效果欠佳，甚至已经失效。挡土墙工程共有两段：均为混凝土悬臂式挡土墙，墙顶厚25 cm，墙底厚55 cm，基础埋深约100 cm。现状墙身出现鼓胀裂缝，特别是靠近支撑桩地段，缝宽约3 cm。此外还进行了灌浆及锚索试验均未见成效。

4.1.2 治理工程失效原因分析 据勘察结果填土厚度最大达14.2m，已有治理工程中支撑桩长仅11～18.2m。本次设计对原有支撑桩桩长、配筋进行反算，结果表明：原设计嵌固段普遍偏短，导致桩体抗滑、抗倾能力不足；部分桩型设计桩径偏小，配筋也不能满足桩身受力要求；而挡土墙基础埋深仅1m，埋设于填土之中，不能起到抗滑作用。

同时前期工程中未设置地下水排水措施，也是已有加固工程失效的重要原因。

4.2 本次滑坡加固处理措施 对该滑坡体主要采用抗滑桩进行加固处理。由于坡体已持续变形破坏，挖桩过程安全风险极高，且抗滑桩施工工期较长，对坡体现状情况极为不利，须对坡体实施应急稳坡措施，故在抗滑桩前设置一排旋挖桩作为预加固措施，为抗滑桩工程实施提供时间与安全保证；并在旋挖桩桩顶设置冠梁，在抗滑桩与旋挖桩之间设置连梁，以期能进一步控制抗滑桩桩顶位移并充分发挥旋挖桩的抗滑功效，由于形成了双排桩结构，其可承担比设计更大的滑坡推力［8］。因此，本滑坡总体治理方案为：抗滑桩+旋挖桩+堆填反压+坡面整理+排水工程。治理工程平面布置见图6，布置剖面图见图7。

图6 滑坡应急治理工程平面布置

图7 滑坡治理工程布置剖面

4.2.1 抗滑桩工程 为控制滑坡西侧块体的变形，沿9-9′剖面布设10根抗滑桩，桩截面1.5m×2.0m桩长20～28m，桩心距为5.0m；为控制滑坡东侧块体的变形，沿11-11′剖面布设16根抗滑桩，桩截面2.0m×2.5m及2.0m×3.0m，桩长20～30m，桩心距均为5.0m。抗滑桩采用人工挖孔工艺，C25混凝土浇筑。

4.2.2 旋挖桩预加固工程 在抗滑桩靠坡顶一侧布设54根旋挖桩对坡体进行预加固，桩径1.0m，桩长20～30m，采用C30混凝土浇筑，桩顶部位设置冠梁，冠梁宽度为1.2m，高度为0.6m，在抗滑桩上设置纵向连梁，连梁宽度为1.0m，高度为0.6m，与旋挖桩冠梁连接。

同时进行整坡及堆石反压工程以稳固坡脚，为了避免地表水及地下水继续对滑坡造成危害，修复了地表（截）排水沟及雨水、污水管等地表排水工程，并在滑坡体下部设小仰角（5°）排水孔10个，成孔直径110mm，埋设直径100mm花管，中间灌注中粗砂，以排泄坡体内部地下水。

4.3 滑坡监测结果及本次滑坡治理效果评价 为监控滑坡体变形特性及工程治理效果，对坡体布置了若干监测点，对坡体进行了施工前、施工中及施工后初期的水平、垂直变形监测，相应的监测结果如表4及图8所示。

表4 2#公寓南侧挡墙顶水平位移监测成果统计

图8 垂直位移监测结果统计曲线图

由以上图表可见，自旋挖桩于2014年8月20日施工完成后，滑坡沉降和水平位移趋于稳定，而当抗滑桩施工在2014年11月完成后，沉降和水平位移均小于10mm，位移速率均＜0.012mm/d。滑坡治理达到预期效果。

5 结论

（1）对滑坡体的地质条件与变形破坏特征分析结果显示，该滑坡体发生较大变形的主要原因为，无序堆填于冲沟源头斜坡上的松散填土在强降雨时地下水入渗增加了坡体自重，而且软化土体导致抗剪强度降低，减小了摩擦力，增大了下滑力，从而造成土体滑动。

（2）对填土滑坡，降低坡体内的地下水位和防止地表水入渗是滑坡治理的关键。

（3）对于已产生滑动或正在变形的边坡，在抗滑桩施工前宜采取先导措施预加固滑坡体，以便为人工挖孔桩赢得时间及施工安全。旋挖桩施工进度快，也可对地质情况（滑动面）进行进一步核准，及时调整优化抗滑工程，可作为此类滑坡预加固措施的首选。

［1］ 胡建伟，邓学灯，江宝庆.注浆微型钢管桩在某填土边坡滑坡治理中的应用研究［J］.土工基础，2014，28（1）：17-20．

［2］ 徐世光，王明珠，王云晓，等.地下水在引发边坡病害中的作用［J］.水文地质工程地质，2006（5）：46-51.

［3］ 文高原，姚鹏运，曾宪明，等.降雨前后填土夯实边坡破坏模式试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（5）：747-754.

［4］ 唐朝晖，柴波，刘忠臣，等.填土边坡稳定性的可靠度分析［J］.地球科学：中国地质大学学报，2013（3）：616-624.

［5］ 栾茂田，年廷凯.1976年香港茂秀坪人工填土边坡滑坡灾害评析［J］.防灾减灾工程学报，2003，23（1）：114-117.

［6］ 赵春宏，戴福初.深圳某填土滑坡破坏机理研究［J］.中国地质灾害与防治学报，2007，18（2）：1-8．

［7］ 常士骠，张苏民，项勃，等.工程地质手册［M］.第四版.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［8］ 郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理［M］.第二版.北京：人民交通出版社，2012.

［9］ 中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程勘查规范：DZ/T0218-2006［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［10］ 中华人民共和国国土资源部.滑坡治理工程设计与施工技术规范：DZ0219-2006［S］.北京：中国标准出版社，2006.

Research on the instability mechanism and treatmentm easures of the filled soil Landslide under heavy rain fall

LI Guangming1，XU Shiguang1，2，WANG Yanjun3，TU Shuiyun3
（1.Yunnan Geologic and Mineral Bureau of Explora tion&Exploitation，Kunm ing 650041，China；2.Kunming University of Science and Technology，Kunm ing 650093，China；
3.Geological Engineering Survey and Design Institute of Yunnan.Kunming 650102，China）

A filled soil landslide occured at a vocational college on western embankment of Yangxong lake in Yunnan last rainy season.The groundwater seepage and the obvious reduction in the shearing Strength of the filled soid，both of which were caused by the infiltration of a heavy rainfall，are considered the triggering factors of the landslide.Deformation analsis and stability calculation revealed that the sliding zone was formed mainly along the interface between the filling layer and the residual soil layer.The measure of the rotary drilling pile has been taken to reinforce slope stability in advance，and anti-sliding piles together with the measure of reducing the slope load and drainage system have been completed finally，and an effective result has been achieved.

filled soil landslide；groundwater seepage；reducing the shearing strength of the soil；rotary drilling pile；anti-sliding pil

TV43

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.02.004

1672-3031（2016）02-0103-07

（责任编辑：李 琳）

2015-02-07

李光明（1966-），男，云南华坪人，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程勘察设计及地质灾害防治工作。E-mail：545036368@qq,com