复杂地质山区上坝路基滑坡治理方法优选研究

赵 普

(本溪市水资源(节水)管理办公室，辽宁 本溪 117022)

我国幅员辽阔，在西部地区，山区地质地貌强烈发育，每年夏季多发生滑坡、泥石流等地质灾害，这对附近区域居民生命安全、公共基础设施以及道路桥梁等的安全运行带来严重的危害[1- 2]。

路基滑坡治理工程是保障道路安全运行的必要建设项目，是维持交通安全的重要手段。张小卫[3]以六盘水市大河经济开发区天湖路K4+720—K4+940段左侧高边坡滑坡治理工程为例，通过采用抗滑桩治理的方法，确保了道路高边坡的稳定；张志强[4]以渝利铁路黄草山滑坡治理工程为研究对象，对黄草山滑坡进行了稳定分析，得出在路基和隧道通过的地段对滑坡的稳定性不利，综合采用采用抗滑桩、锚索桩板墙、排水等综合工程措施对滑坡体进行治理；柏建利[5]等通过对某公路滑坡的稳定性进行详细分析，并结合该滑坡工程地质特征及危害范围等因素，对滑坡治理方案的比选，采取了以抗滑桩为主，结合锚杆和挡土墙为辅的综合治理方案，达到了预期目标，为同地区相似滑坡治理工程提供了经验；赖书名[6]以S105线K168+910～K169+0段滑坡为例，在查明滑坡的现状特征、变形历史与前期工程治理效果、形成原理与机理的基础上，对其安全稳定性进行了预测评价，并提出拆除损毁挡土墙、新建抗滑挡土墙、清除危石并修复公路边沟的治理建议。

数值分析软件是分析边坡稳定性提供合理滑坡治理措施的有效根据。张罗送等[7]针对某库岸滑坡受极值降雨和水位调控方案的影响，运用GeoStudio分析软件对不同工况下的滑坡进行稳定性计算，确定出滑坡最不利工况条件，通过以最高性价比作为滑坡最佳加固措施的方法，对抗滑桩、削坡减载和锚杆3种设计治理方案进行综合评定，最终确定性价比最高的方案对滑坡进行治理；梁玉华[8]根据江西省某县滑坡区具体实例，采用ABAQUS软件进行了三维有限元数值模拟分析，对桩与岩土的相互作用展开研究，分析了滑坡初始状态、开挖状态、抗滑桩加固状态3种工况下滑坡的应力、位移场分布特征。本文基于GeoStudio数值分析软件，以辽宁省某市路基滑坡为例，基于数值分析计算结果得出滑坡稳定性，并提出该滑坡治理的有效方案。

2 滑坡稳定性分析

2.1 滑坡概况

拟建上坝路基滑坡治理工程位于本溪市西部山区，斜坡原坡面较为平缓，原有坡体稳定，工程地质条件复杂，地层分布层次不齐，上层主要分布岩体为煤矸石，煤矸石遇水强度大大降低，厚度约65m；煤矸石底层下不均匀分布有粉质黏土，层厚在0～15m之间，坡体坡顶及坡脚部位粉质黏土层较厚，距坡脚40～60m层厚几乎为0；粉质黏土下层均匀分布全强风化砂岩，岩性较为破碎，强度低，具体见表1。此外，由图1可见，坡体分布有两条裂缝带：一级滑动带包含了整个坡体，长度在623m左右，宽度约为250m；二级滑动带在滑坡坡体中部，自东而西分布，长度约400m。

表1 地层参数

图1 坡体裂缝带分布

2.2 基于GeoStudio的滑坡稳定性分析

基于极限平衡法和有限单元法基本理论，采用Geo Studio软件模拟该路段路基滑坡的稳定性研究以及抗滑桩与滑坡体之间相互作用，滑坡的基本形态及计算模型如图2所示，位移矢量计算结果如图3所示。

图2 坡体基本计算模型

图3 坡体位移矢量图

由图3可知，在工程应力与降雨双重条件作用下，该滑坡坡体的最大位移出现在坡顶处，主要涉及地层为煤矸石层，粉质黏土层变形较小；坡顶土体发生较大位移且向临空面发展，滑移倾向为下沉-滑移状态，坡脚以及坡面相对较稳定。根据最终计算结果显示，在开挖与降雨双重条件情况下，坡体的稳定性系数为0.905，根据滑坡稳定性系数与稳定状态评判标准(表2)可知，该滑坡处于不稳定状态。

表2 滑坡稳定性系数与稳定状态评判标准

目前，滑坡的发展逐渐进入加速发展阶段。滑坡的后缘已经严重变形，公路出现沉降，后缘裂缝带发育较为严重，中部的部分区域出现贯穿性的裂缝，滑坡前缘的变形也较为严重，已经出现大面积的地面隆起，下方的村庄受灾严重，上部的该公路已经遭到严重的破坏，根据滑坡的稳定性分析计算结果和野外勘察，目前的滑坡发展仍会继续，没有出现停止的迹象，并且滑坡体在受到降水影响下的稳定性较差，上部的煤矸石土体的力学性质较差，如果没有采取工程措施，会导致坡体的持续蠕变，进而影响坡体的稳定性，造成坡体的大幅变形和破坏，影响范围该公路及附近村庄安全。

根据上述对滑坡的稳定性分析和二维角度的有限元分析，坡体原本存在的裂缝以及煤矸石边坡的顶部的不合理堆填的是滑坡的形成的重要因素。滑坡的右侧前缘部分局部挖方，这使得原有边坡的前缘产生局部位移；滑坡的左翼前缘的地下管线施工使得滑坡的左侧前缘的部分土体滑动；而造成原有的坡体形成较大的位移是坡顶的堆填，初步判定滑坡的成因属于牵引-推移式滑坡。

3 治理方案优选

由上述对该路基边坡的数值模拟分析结果可知，在降雨情况下，该边坡的稳定性系数为0.905，故该边坡处于不稳定状态，需要进行有效的治理方可作为公路路基。本文将基于安全、生态环保、经济、科学等滑坡治理原则，通过综合比较锚杆、削坡、堆载、抗滑桩等多项滑坡治理手段，经过商议，最终优选“削方减载+排水+抗滑桩”综合治理方案为该路基滑坡治理方案，具体结构设计如下。

3.1 削方减载

削方减载工程是通过消除坡面多余土石方达到减轻坡面荷载，降低滑坡滑动可能性。根据该路段路基滑坡的地质条件，整个滑坡区域长约600m，宽度约240m，上下高差近70m，地质条件较为稳定。通过削方减载的措施来稳定滑坡体使得其达到稳定状态是可行的，削坡的工程施工量较大，由于附近的交通较为便利，且有可以利用的弃土场，因而便于施工的进行；由此来看，削坡减载施工技术上是可行的，但是也需要考虑到，煤矸石是一种较为松散的土体，削坡后坡体的岩土体性质仍然较差，因此，仅通过削方减载不能完全达到维护滑坡稳定的目的。

3.2 排水工程

由于仅靠削坡减载工程不能完全解决路基滑坡问题，进一步设置截、排水沟以提高坡体安全性。该市多年平均降雨量480mm/a，最大年降雨量可达824.7mm/a，日最大降雨量14mm，暴雨程度50mm/h。地表排水工程设计中的排水工程布置于滑坡的后缘以及滑坡坡体表面，此次布置方案有以下几点。

(1)滑坡的后缘也就是4级平台上应布置外围截水沟，用来阻挡降水通过汇流途径进入滑坡范围，起到隔阻作用。

(2)排水沟沿公路两侧布设两条，在滑坡体内部布设3条，有经过裂缝发育较为严重的区域，可采用黏土先行填实，在进行工程施工，同时应当确保没一级平台不保留汇水洼，以便及时将水体排走。

3.3 抗滑桩工程

根据滑坡地质地层勘察及室内试验结果，该滑坡主要地层信息见表1。引用经典剩余下滑力理论[9- 10]对滑坡荷载进行计算，考虑降雨及地下渗流的影响，其基本计算公式如下：

Pi=Pi-1×∅+Ks×Ti-Ri

(1)

式中，Pi、Pi-1—第i、i-1条块的剩余下滑力，kN/m;∅—传递系数且满足式(2)；Ti—块体下滑力，kN；Ri—抗滑阻力，kN；Ks—安全系数。

∅=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanαi

(2)

得出最终下滑力计算结果见表3。

表3 滑坡下滑力计算结果

由表3可知，GeoStudio数值分析软件与经典剩余下滑力对滑坡安全性计算分析结果之间存在一定的差异，但计算结果均表示，在降雨渗流条件下该滑坡处于不稳定状态，需要采用抗滑桩进行治理，经过设计与计算，抗滑桩的主要参数见表4，其剖面分布及整体空间分布如图4、图5所示。

图4 抗滑桩布置剖面图

图5 抗滑桩整体空间布置图

桩号12桩长1212嵌入深度8.239.45截面尺寸2×22×2桩间距55抗滑力方向垂直桩身垂直桩身

4 结论

(1)本溪市某山区水利上坝公路工程地质复杂，且坡体存在两条较大裂缝，通过采用GeoStudio数值分析软件得出在填方及降雨条件下滑坡在坡顶处存在较大的、向临空方向发展的位移，滑坡不稳定。

(2)通过讨论与设计，优选采用“削方减载+排水工程+抗滑桩工程”综合治理方式处置路基滑坡问题，经长期观测，治理后的滑坡处于稳定状态，确保了该路段的安全运营，为我国复杂地质山区滑坡治理提供了良好的范例。

(3)此外，从长期运营及经济角度考虑，滑坡治理应进一步引入生态工程建设，因此，如何有效布置绿化工程、对树种的选择等问题仍值得进一步研究分析。