膨胀土滑坡施工过程中的浅表位移监测

雷云佩，陈志平，魏丽敏

（1重庆市市政设计研究院，重庆 400020；2中南大学 土木工程学院，湖南长沙 410075）

0 引言

一般通过监测边坡上局部土体的位移来评估边坡整体的移动速率和方向，但由于土的工程性质的复杂性、随机性和不均匀性，局部单个测点的土体位移难以反映出整个边坡的位移情况，因此通常在边坡范围内布置多个观测点形成监测网，通过这种方法测出的边坡整体位移，其可靠性很高。

导致边坡或滑坡变形的影响因素较多，其中气候条件是一个关键因素[1]。浅表位移监测是边坡或滑坡监测的重要内容，特别是膨胀土滑坡，其滑动面一般较浅，浅表层土体活动明显[2]。通过表层位移监测可达到以下目的：可判断坡体的移动方向和趋势；监测不同气候条件（特别是降雨条件下）土体位移的变化规律，研究气候条件对膨胀土边坡的影响；通过长期监测边坡位移，对比支挡结构施工前后边坡位移的发展规律，研究支挡结构的抗滑作用。

本文以南宁某铁路项目中的膨胀土滑坡为工程背景[3]，对膨胀土滑坡施工过程中的地表位移进行了监测；利用幂函数拟合了工点内膨胀土滑坡浅表位移与降雨量的关系，效果较好，精度很高；同时分析了降雨、切坡和临时支护对边坡位移的影响，得到了相应的位移变化曲线。

1 工程背景

1.1 地质条件

本段线路以路堑通过，边坡最大开挖高度约9m，边坡表层为坡残积弱膨胀土，土层性状为：粉质黏土，褐黄色，褐灰色，硬塑状，有砂感，分布于缓坡地段，厚2～8m，为弱至中等膨胀土。以下依次为全风化层（呈土状或砂状，本层中泥岩为弱膨胀岩）、强风化层泥岩夹泥质砂岩和弱风化泥岩。

值得注意的是，在表层膨胀土层与全风化层的分界面或过渡层中，含砂率极高，局部地段为全风化泥质砂岩，该过渡层位于膨胀土的气候作用层附近，在地下水的冲刷和渗透作用下极易发展为滑坡的滑动面。

1.2 气候条件

试验工点所在的广西南宁属于亚热带季风气候区，全年阳光十分充足，夏季长冬季短，气候温和，雨量非常充沛，每年总的降雨量达1300mm左右；全年平均气温22℃，平均相对湿度79%。广西南宁地区4—9月间降雨量占年降雨量的75%左右，雨季正好与热季重叠。在雨季，大、暴雨过于集中，而该试验工点的施工期正好经历了这段时间，给施工和监测带来了极大的困难。广西太阳辐射较强，热量大，导致膨胀土边坡土体裂隙高度发育；雨季与热季重叠导致膨胀土在频繁的干湿循环作用下，强度降低，整体性遭到破坏，新开挖的膨胀土路堑边坡在大、暴雨作用下极易出现滑坡。

1.3 滑坡特征

工点内D1K736+915～D1K737+400区段，在按坡率1:1.75刷坡开挖至桩顶设计高程以后，经过几次强降雨过程后出现局部滑坡，由于时值雨季和热季重叠，多次降雨之后，滑坡逐渐向上发展形成牵引式滑坡。滑坡体主轴与线路前进方向大约为60°夹角 ，在滑坡体后缘已清晰可见灰白色滑动面，滑床为全风化弱膨胀性泥岩。其中D1K737+220～D1K737+265区段范围内为塌陷区，平均塌陷深度为1.5m，该区域土体完全失去整体性，含砂率较高，对下方支挡结构和线路威胁性极大。

1.4 治理设计方案

工点所在区段长485m，该段边坡滑坡前的设计方案为单排抗滑桩+锚杆框架梁+膨胀土挡墙支护；出现滑坡后进行了设计方案变更，总体方案为双排抗滑桩，坡脚设置挡土墙，坡面采用无预应力全长黏结型锚杆和框架梁结构，变更后的方案断面如图1。

图1 试验工点膨胀土边坡支挡结构设计方案

2 监测方案

对于膨胀土边坡而言，膨胀土的干缩湿胀特性往往导致浅表位移监测数据出现一定误差。这是因为位移数据中很可能包含了测点附近土体的膨胀变形或收缩变形，而测点附近膨胀土的变形量及变形方向是无法预先确定的。为尽量减少膨胀土的干缩湿胀对位移监测的干扰，采用如下措施埋设浅表位移监测桩：

（1）先在事先准备好的木桩上钉入用于测量定位的小铁钉；

（2）在预备埋设监测桩的位置挖出一个25cm深的小坑，然后将35cm长的木桩打入坑底；

（3）将小坑用水泥砂浆填满，水泥砂浆不得包裹木桩桩顶；

（4）待水泥砂浆凝固以后，再进行初次测量确定监测点的初始坐标。

根据研究目的和现场地形情况，在滑坡体上布置了浅表位移监测网，共计13个监测桩，如图2所示。

图2 监测平面布置图

3 监测成果分析

浅表位移原是一项长期监测项目，由于现场的多种原因，导致真正的长期监测点很少。选取三个长期监测点，分别位于滑坡体后缘的12#点、滑坡中部的11#点和7#点。

本次位移监测通过实测各点的坐标变化来确定该点在垂直于线路方向和平行于线路方向的位移变化，通过分析三个点的水平合位移方向发现，三点水平合位移方向基本与滑坡主轴平行，因此本文才利用各点的最大位移进行数据分析。利用已测数据绘制了时间-位移-降雨量及施工过程的相关关系图，如图3所示。

图3 时间-位移-降雨量及施工过程的关系图

3.1 地表位移与降雨量的关系

降雨是导致滑坡的主要原因之一，对膨胀土边坡而言，降雨的影响更大。从图3可以发现，9月初二级边坡刷坡以后，9月20日—9月30日期间的降雨量达99.4mm，该次强降雨过程导致整个滑坡体剧烈滑动，滑坡中部的最大位移接近5m，这次强降雨过程给施工带来极大的困难，使滑坡区域内的抗滑桩桩孔被毁坏，护壁完全破坏。此次降雨过程对坡体的影响持续了近半个月，直至10月6日前，滑坡体才逐渐趋于稳定，此时坡顶和滑坡中部的最大位移已接近6m。

图4中的位移监测点即为7#监测点，降雨导致该点出现巨大水平位移，二级边坡坡顶的排水措施被破坏。

图4 测点7#现场变形情况

7#和11#监测点都位于滑坡中部，它们的位移趋势极其相似，代表了整个滑坡体的位移发展状况。从表1可以清晰地看出，滑坡位移及其速率与降雨量有直接的关系。该试验工点的滑坡土体由于经过多次滑动和反复的干湿循环，已经失去整体性，土质松散，裂隙高度发育。

表1 11#监测点最大水平位移与降雨量的关系

表1中数据表明，膨胀土边坡位移与降雨量也是大致呈幂函数分布规律，采用幂函数对表1中的数据进行非线性拟合：

u=mxn

式中，u表示位移，x表示降雨量，m和n表示与滑坡物理力学性质有关的常数。拟合结果为：常数m=2.38×10-6，n=4.65。即试验工点内膨胀土滑坡浅表位移与降雨量的关系为：

u=2.38×10-6x4.65

拟合曲线见图5：

图5 膨胀土滑坡浅表位移与降雨量关系的拟合曲线

利用幂函数拟合工点内膨胀土滑坡11#点浅表位移与降雨量关系，通过图3可知，滑坡同一部位的7#和11#位移发展趋势基本一致，利用幂函数拟合关系可以较好预测该部位的滑坡位移，精度较高。但图3同时也表明，膨胀土滑坡中部和后缘的位移发展规律具有较大的差别，其中中部位移大，速率大；后缘位移较小，速率小。利用幂函数拟合用于滑坡位移预测时，建议在滑坡前缘、中部和后缘分别建立监测点，分别形成相应的拟合公式用于相应部位的位移预测。

膨胀土滑坡的位移与降雨量有直接的关系，如果不及时进行治理，将会产生严重的后果。另外，南宁的雨季集中在5—9月，因此可以将监测期分为雨季和非雨季两个阶段。从表1、图3分析发现，在雨季，滑坡体一直处于滑动状态，降雨量越大位移越大；在非雨季期间，坡体基本处于稳定状态，位移速率很小甚至接近于0。

3.2 二级边坡开挖的影响

二级边坡开挖时，坡脚进行了填土反压，填土反压的目的本来是为了增大滑坡下滑阻力，便于上级边坡的施工，但这次填土反压并没有取得应有的效果。因为膨胀土滑坡的滑动面较浅，刷坡后，明显可见滑动面正好穿过二级边坡的坡脚，刷坡反而使二级边坡以上的坡体的下滑阻力变小。这也是9月20日—10月6日期间滑坡剧烈滑动导致破坏的原因之一。

3.3 木桩临时加固后的位移监测

在10月6日再次对二级边坡进行了刷坡减载，同时在坡面上打入木桩，木桩深入滑动面以下。此次施工之后，我们在坡面上布置了若干浅表位移监测点。监测表明，木桩加固弥补了前期二级边坡刷坡所引起的滑坡坡脚下滑阻力减小的问题，在10—12月期间，坡面位移监测点位移量很小，平均位移量为32.7mm，平均位移速率0.5mm/天，而这些位移量还包含期间其他干扰因素造成的位移量 （如测点土体湿胀干缩等）；而图1中，木桩加固后滑坡中部和后缘的位移曲线几乎为直线，表明木桩临时加固边坡取得预期效果。

4 结论

（1）膨胀土滑坡中部和后缘的位移发展规律具有较大的差别，中部位移大，速率大；后缘位移较小，速率小。

（2）膨胀土滑坡的位移与降雨量的关系密切，利用幂函数关系拟合位移和降雨量的关系，通过滑坡相同部位监测点的验证，具有较高的精度；实际应用时，建议在滑坡前缘、中部和后缘分别建立监测点，分别形成相应的拟合公式用于相应部位的位移预测。

（3）从两次对二级边坡进行的开挖过程可知，开挖的最初目的主要是为了减载，但由于膨胀土滑坡的滑动面较浅，开挖后，反而在二级边坡的坡脚揭露了滑动面，加剧了滑坡的变形和破坏。因此，对于膨胀土滑坡，进行减载时宜在滑坡后缘进行，滑坡中部应谨慎开挖。

（4）木桩加固后滑坡中部和后缘的位移曲线几乎为直线，表明木桩临时加固边坡取得预期效果，且具有很好的经济性。