万梁高速某滑坡降雨入渗稳定性及处治技术研究*

崔光耀，左奎现，张军徽，荆鸿飞

(1.北方工业大学 土木工程学院，北京 100144；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

万梁高速某滑坡降雨入渗稳定性及处治技术研究*

崔光耀1，左奎现1，张军徽1，荆鸿飞2

(1.北方工业大学 土木工程学院，北京 100144；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

依托万梁高速某滑坡，利用有限差分数值模拟技术对其降雨时的稳定性及处治技术进行了研究。结果表明：当浅层滑体部分饱和时，浅层滑体的稳定性较好，不会沿滑面整体失滑；当浅层滑体饱和时，浅层滑体会产生变形滑移，最终全部失滑，而中层滑体不会发生变形滑移；当浅、中层滑体均饱和时，浅层滑体全部失滑，中层滑体仅产生较大位移，不会发生失稳现象；在设置支档结构后，浅层滑体和中层滑体在饱和静水压力下的稳定性均可以得到保障；浅层滑体始终在失稳滑移过程中占据主导地位；持续的降雨会使滑体中形成饱和静水压力，导致滑面岩土参数被弱化。研究成果可为类似滑坡的稳定性及处治技术的研究提供借鉴。

滑坡；降雨；稳定性；处治技术

降雨是造成滑坡失稳的一个重要影响因素，不同程度的降雨对滑坡的影响大小各有不同[1]。近年来，降雨造成滑坡失稳的现象频繁发生，给人民生命财产带来巨大的损失。因此，有必要对滑坡的稳定性及处治技术进行研究。目前，国内外有关专家、学者对滑坡体的稳定性及处治措施进行了一些研究，主要有：滑坡灾害的成因机制、破坏特征以及力学特性研究[2-5]；降雨条件下滑坡体的稳定性分析[6-9]；滑坡防治中的关键技术及其处理方法的研究[10]。因此，为了更加深入地了解滑坡的稳定性及处治技术，本文依托万梁高速某滑坡，利用有限差分数值模拟技术对其降雨入渗时的稳定性及处治技术进行研究，为类似滑坡的稳定性及处治技术的研究提供借鉴。

1 万梁高速某滑坡稳定性

1.1 工程概况

万梁高速某滑坡位于重庆万州区分水镇和梁平县曲水乡境内，滑坡体纵向长度约1 km，平行路线最大宽度达320 m。滑坡区处在构造剥蚀性低山～深丘地貌单元之中，后缘为北东方向的砂岩陡壁，自该陡壁以下山坡坡度变缓为20°～30°。滑坡体及其周围分布的地层岩性主要有：三叠系上统须家河组(T3xj)砂岩、页岩，侏罗系下统珍珠冲组(J1z)砂岩、页岩互层，侏罗系中统(J2X)页岩、泥岩夹砂岩；侏罗系中统(J2XS)泥岩夹砂岩，块碎石土夹砂质粘性土(Q4)。基本上可按地貌特征划分为三级大的滑坡体，即后级滑坡、中级滑坡、前级滑坡。

1.2 研究情况

1.2.1 地质模型

由地质调查资料，选取万梁高速某滑坡的其中一个断面为计算剖面，将计算剖面上的岩土材料概化为5类，分别为：①浅层滑体、②中层滑体、③深层滑体、④完整基岩、⑤古滑体。地质勘察表明其滑面明显，故浅、中、深以及古滑带均采用接触单元模拟，故不作为单独的岩体考虑。万梁高速某滑坡地质概化模型如图1所示。

图1 万梁高速某滑坡地质概化模型

1.2.2 计算模型

计算模型水平距离为400 m、竖向距离为161 m、纵向宽为6 m。左边界除受x方向的水平位移约束外还受三角形分布的自重侧压力作用；底边界受垂直位移约束，右侧边界受x方向的水平位移约束，两侧边界受y方向的水平位移约束。万梁高速某滑坡为堆积层滑坡，计算坡体材料模型选用Mohr-Coulomb模型。滑面采用接触面单元模拟，计算模型如图2所示。

图2 离散后的计算模型(前视)

1.2.3 计算参数

岩体参数如表1所示。采用接触面单元模拟滑面，参数如表2所示。

表1 计算岩体参数

1.2.4 计算工况

开挖图1中的①-1、①-2、①-3后，研究降雨对滑体的稳定性影响，计算工况如表3所示。

1.3 计算结果分析

1.3.1 降雨使浅层滑体部分饱和(工况1)

提取位移、最大主应力、塑性区的计算结果如图3所示。由图3可知，竖向滑面处的水平位移值最大，最大值为12.47 mm，位移等值线的变化趋势整体呈弧形由上至下逐渐减弱；水压力的作用导致滑体坡面在竖向滑面出露处出现小范围最大主应力的拉应力区，其最大拉应力值达22.67 kPa；本次工况下的塑性区集中在滑体的前后两部分。

表2 计算滑面参数

表3 计算工况

图3 工况1的计算结果

综上可知，滑坡体在雨水作用下的整体变形兼具牵引式和推动式的复合性质；浅层滑体在部分饱和水的条件下稳定性较好，不会沿滑面整体失滑，仅在滑体前缘形成剪切破坏区，牵引滑体变形，在滑体后缘形成拉张塑性区，推动滑体变形。

1.3.2 降雨使浅层滑体饱和(工况2)

图4 工况2的计算结果

提取位移、最大主应力、塑性区的计算结果如图4所示。由图4可知，受到滑面形状的限制，滑坡体首先从滑体后部失稳下滑，推动前部滑体向前失稳滑移；整个滑体除后上部位移值相对较小，处于牵引滑移段外，且滑坡体已经处于整体滑移阶段，最大位移已达5.32 m；经过上述阶段的滑坡变形，滑坡体最终失稳滑移时，中层滑体的位移变化较小；坡体最大主应力仍在竖向滑带的出露位置，浅层滑体有局部范围的拉应力区，最大拉应力达26.67 kPa，除此之外，其余部位基本没有拉应力存在；整个浅层滑体均发展成为塑性破坏区，而中层滑体没有发生塑性破坏。

综上可知，当降雨在浅层滑体中形成饱和的静水压力时，滑面岩体强度遇水弱化，最终全部失稳滑移。因此在工程开挖形成即有坡面以后，雨水是滑坡稳定性降低的首要影响因素，在滑坡治理工程措施中，必须考虑排水措施。

1.3.3 降雨使浅、中层滑体饱和(工况3)

提取位移、最大主应力、塑性区的计算结果如图5所示。由图5可知，浅层滑体的在失稳滑移工程中占据了主导地位，最终全部失稳滑移，中层滑体其前端在浅层滑体的推动和雨水的联合作用下，位移较为明显，其最大位移值与浅层滑体前端位移值相差无几，除此之外，其余部位位移值均在0.086 m以下，在浅层滑体后部的中层滑体位移表现出上部大、下部小的特征；在中层滑体后部的坡面部位，有局部浅表部位为拉应力区，较为明显的拉应力区仍位于浅层滑体后缘竖向滑带附近，最大拉应力为31.25 kPa，其余部位则无拉应力存在；尽管中层滑体在雨水作用下的位移远没有浅层滑体明显，但因其岩土体力学性质较低，在饱和地下水作用下，经过一段时期的变形演变，全部滑体均发展成为塑性区。

图5 工况3的计算结果

综上可知，当降雨在浅层滑体和中层滑体中形成饱和的静水压力，浅层滑面岩土参数被弱化以后，浅层滑体将变形滑移，最终全部失滑，除中层滑体除前部稳定性较差外，其余部位相对变形不大。即雨水是滑坡稳定性降低的首要影响因素，在滑坡治理工程措施中，除有提高滑体整体稳定性的措施外，必须考虑排水措施。

2 万梁高速某滑坡处治技术

2.1 处治技术

浅、中层滑体在饱和静水压力作用下会全部发展成为塑性区，失稳现象严重。因此，针对浅、中层滑体均饱和的情况，计算中设置支挡结构，即坡体上设置了1个抗滑桩及4束预应力锚索，1品框架及6束预应力框架锚索。

支挡结构的相关参数：桩截面为1.8 m×2.4 m，桩长18 m，E=3×104MPa、μ=0.25。竖梁和横梁的截面尺寸均为0.6 m×0.6 m、E=3×104MPa、μ=0.25。锚索E=2×105MPa、σt=1860 MPa、桩锚索预应力为1 000 kN、框架锚索预应力为800 kN。

2.2 计算工况

本节开挖范围及滑体容重与1.2.4节相同，在开挖后设置支挡结构，研究支挡后降雨对滑坡的稳定性影响，计算工况如表4所示。

表4 计算工况

2.3 计算结果分析

2.3.1 支挡后，降雨使浅层滑体部分饱和(工况4) 提取位移、最大主应力、塑性区的计算结果如图6所示。

图6 工况4的计算结果

由图6可知，水平位移最大值为7.61 mm，位移等值线呈中间大，两头小的分布态势。没有支挡结构的条件下，滑坡体的最大位移为12.47 mm，加支挡结构后减小了4.86 mm；其次位移等值线的分布形式发生了很大的改变，工况1为中间小，两端大，工况4则刚好相反。浅层滑体的后部靠近竖向滑面处仍有局部区域在最大主应力图中表现为拉应力区，但其最大拉应力值略有减小，如在工况1中为22.67 kPa，本工况为21.02 kPa。桩前岩体沿桩分布大片的塑性区，特别是在滑体中(包括浅、中、深滑体)塑性区连续且区域较大，其性质表现为剪切塑性；浅层滑体的塑性区主要沿滑面分布，特别是在滑面转折处，有较大的塑性区分布，表明滑面对滑体的变形滑移有限制性作用；与结构后部的较大位移积累相对应，结构后部的浅层滑体亦是塑性区，其流动性质亦是剪塑。

综上可知，支挡结构较好的限制了滑坡体的位移发展，使工况1中前牵引、后推动的变形模式不再存在，降雨使浅层滑体部分饱和时，滑坡体的整体稳定性可以得到有效保证，仅在结构后部有局部的位移积累。

2.3.2 支挡后，降雨使浅层滑体饱和(工况5)

图7 工况5的计算结果

提取位移、最大主应力、塑性区的计算结果如图7所示。由图7可知，在饱和的静水压力作用下，浅层滑体的位移有较大增长，最大位移达0.136 m，位于滑体的中部，表明滑体在饱和静水压力的作用下呈加速失稳趋势，该部分滑体的整体位移基本一致，表明该部分滑体在饱和静水压力作用下，有沿坡面越过框架整体失滑的位移趋势，乃是本工况下的最危险坡体部位；最大主应力等值线的拉应力区仅位于浅层滑面的竖向出口处，最大主应力等值线的分布规律仍然保持为连续的坡体应力特征，由此表明滑体整体仍然稳定，浅层滑体内局部较为明显的水平位移乃是静水压力影响下的坡体内部蠕动变形、应力调整所致，不会造成坡体失稳滑移，塑性区分布在浅层滑体和抗滑桩附近的中、深滑体内，各滑体中的塑性区均是在滑面附近范围大，沿桩身向上逐渐减小，滑面成为一个明显的分界面，由此也表明滑面是弱面。

综上可知，在支挡结构作用下，当浅层滑体因降雨而导致饱水时，滑坡体的整体稳定性可以得到保证，但框架后部的滑体变形仍较大，必须加强排水措施。

2.3.3 支挡后，降雨使浅、中层滑体饱和(工况6)

由图8可知，从位移发展变化的一开始，浅层滑体就占据了主导地位，浅层滑体的位移明显大于其余坡体部位，最大浅层滑体位移为0.19 m，而中层滑体的最大位移为0.051 m，差值达0.14 m；在浅层滑面的后缘滑体以及中层滑体后部的坡面位置，有局部的拉应力区存在；在雨水作用下，浅层滑体和中层滑体经过变形和应力调整，大部分滑体均经历了塑性流动，总体而言，沿滑面的各滑体下部产生的全部是剪切塑性流动，中层滑体后部坡面附近的滑体内产生的全部是拉张塑性流动，浅层滑体表面坡体后部主要是拉张塑性区，前部则是剪切塑性区。

图8 工况6的计算结果

综上可知，当降雨导致浅、中层滑体均饱和时，滑体将产生较大的位移和变形，稳定性相对较差的仍然是浅层滑体，但设置支挡结构后，滑坡体的整体稳定性可以得到保障。

3 结论

(1)当降雨使浅层滑体中产生部分饱和静水压力时，浅层滑体的稳定性较好，不会沿滑面整体失滑，仅在滑体前缘形成剪切破坏区，牵引滑体变形。

(2)当降雨使浅层滑体中形成饱和静水压力时，浅层滑体将变形滑移，最终全部失滑；在支挡结构作用下，当浅层滑体因降雨而导致滑体饱和时，滑坡体的整体稳定性可以得到保障。

(3)当降雨使浅、中层滑体中均形成饱和静水压力时，浅层滑体将变形滑移，最终全部失滑，中层滑体除前部稳定性较差外，其余部位相对变形不大；在支挡结构作用下，浅、中层滑体均饱和时，滑体将产生较大的位移和变形，但滑坡体的整体稳定性可以得到保障。

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Study on Stability and Treatment Technology of Rainfall Infiltration in a Landslide of Wangzhou-Liangping Highway

CUI Guangyao1, ZUO Kuixian1, ZHANG Junhui1and JING Hongfei2

(1.SchoolofCivilEngineering,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144，China;2.ChinaRailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroup,Beijing102600,China)

Based on a landslide of Wangzhou-Liangping Highway, we study the stability and treatment technique of continuous rainfall by finite difference numerical simulation technique. It is shown that when the shallow slip body is partially saturated, the stability of the shallow slab is better and does not slip along the slippery surface, and when the shallow sliding body is saturated, the shallow sliding body produces deformation slip and finally all slip, and the middle layer does not occur deformation slip. When the shallow and middle slip is saturated, the shallow sliding bodies are all slippery, and the middle layer of the body only a large displacement and there will be no instability phenomenon. The shallow sliding body will slip under the effect of saturated hydrostatic pressure, and ultimately all slip, and the middle layer of the body only produce a large displacement, there will be no instability phenomenon. After setting the retaining structure, the stability of the shallow and middle sliding body can be guaranteed. Shallow slippers are always dominant in the process of unsteady slip. Continuous rainfall will form a saturated hydrostatic pressure in the body, resulting in weakening of the sliding geotechnical parameters. The research results can provide reference for the research of stability and treatment of landslide.

landslide; rainfall; stability; treatment technology

崔光耀，左奎现，张军徽，等.万梁高速某滑坡降雨入渗稳定性及处治技术研究[J].灾害学，2018，33(1)：117-121.[CUI Guangyao，ZUO Kuixian，ZHANG Junhui and JING Hongfei.Study on Stability and Treatment Technology of Rainfall Infiltration in a Landslide of Wangzhou-Liangping Highway [J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：117-121.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.021.]

2017-07-03

2017-08-29

国家自然科学基金(51408008、51478277)；四川省应用基础研究计划项目(2014JY0090、2015JY0166)； 四川省交通科技项目(2013A1-5)；北方工业大学科研创新团队(XN018007)

崔光耀(1983-)，男，山东莒南人，博士，副教授，主要从事隧道与地下工程研究.E-mail：cyao456@163.com

X43;P642;Tu47

A

1000-811X(2018)01-0117-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.021