基于MIDAS软件对某滑坡加固后的稳定性分析

徐一萍

(贵州大学 资源与环境工程学院，贵阳 550033)

0 引 言

近年来，随着经济的迅速发展，公路、铁路开始大力建设。而某些交通路线地质条件相对复杂，通常伴随着崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的威胁。尤其是滑坡会毁坏交通路线，使路基破坏，造成巨大损失。因此，进行滑坡稳定性分析、治理措施设计及加固后稳定性分析是必不可少的[1]。

1 滑坡体特征及勘察概况

本文所述的滑坡体后缘为乱掘地，地形西高东低基本向东倾斜，坡度20°～70°，坡高26.0～30.0 m，北高南低，其中人工边坡坡高5～15 m，坡度30°～70°。该滑坡体临近驾校、厂房等建筑物，一旦发生滑坡，将严重影响附近人员的生命财产安全。

滑坡总体坡向90°，滑坡长度约50 m，宽度约230 m，其中主滑带滑坡体平均厚度约5.0 m，体积约5.7×104m3，为浅层活动新滑坡，属牵引式滑坡。危害等级为二级，本滑坡治理工程等级为Ⅱ级。主要滑坡影响范围约在中间部位50 m×100 m；地面北东高向南西倾斜，地面坡度约20°～70°，属中速滑坡[2]。

1.1 自地形地貌

危害区域属剥蚀丘陵地貌，为岩土质高边坡，坡向90°，坡高15.0～30.0 m不等，北段高，南段低；斜坡前缘为人工边坡，坡高5～7 m，南北走向；坡顶为土质公路，公路宽4 m左右；坡面为土体，坡面见少量植被。

1.2 发育阶段

滑坡的发育过程比较复杂，一般分为3个阶段：不稳定因素积累阶段(又称蠕动压密阶段)；滑动阶段；相对稳定或固定阶段(又称稳定)。本滑坡体主要处于不稳定因素积累阶段(又称蠕动压密阶段)，局部有滑动阶段。

1.3 形成机理

该滑坡的产生是外动力作用的结果。岗丘斜坡地带，原经由部分开挖，滑坡体前缘临空；地形坡向与岩层倾向相一致(顺层坡)；表层土，结构松散，成份不一，孔隙比大，且风化岩层透水性及饱水性较好，下伏基岩易形成滑床，为滑坡产生提供了有利的地质地理条件。其次，坡面上的地表水没有较好的疏通通道，天然降雨骤然增多，导致整个坡体的松散物质饱水，从而荷载突然加大，在斜坡土体自重压力作用下，土体顺自然坡向，沿基岩界面发生滑动破坏，其特点是滑速慢、滑程短。

1.4 滑坡工程地质特征

场地有小规模滑塌情况表明，斜坡已经处于滑坡临发前期征兆。在雨季强降雨激发作用下，易发生滑坡。根据现场测绘及钻探、坑探揭露，滑坡长度约50 m，宽约230 m，滑体平均厚约5.0 m，体积约5.7×104m3。其中，主滑带宽约110 m，左右影响带宽约120 m。滑坡体治理长度约230 m，滑坡体呈条带状，滑面呈圆弧状，滑坡体物质由表层填土、含黏性土碎石组成，厚度不均匀，最大厚度约5.5 m；从平面上看滑坡体后缘形成有一级滑坡平台，后缘有少量微裂隙，裂隙宽约1～5 mm，顶部地形相对较平缓；滑坡剪出口位于斜坡中下部，未出现明显剪胀，出口地面坡度10°～30°左右；滑床上部为含黏性土碎石土，下部为强风化砂砾岩，岩体完整，较稳定。

从滑坡体中已经出现的部分坍塌分析，裂缝新鲜无填充物，更未见杂草从生，说明滑动是近期出现的。

滑带总体上呈弧型，后缘一带陡直，角度近90°，滑坡前缘临空。滑坡厚约8 m，沿裂隙内土体湿润，滑带物质为碎石土，该层上覆土主要为稍密～中密的碎石层，透水性及饱水性较大，对滑动面起到了润滑作用。加之全风化岩经雨水侵入浸泡后，导致该层急速软化，承载力急速降低，形成极不稳定的软弱带，在由岩面构成的滑床上极易失稳。

2 加固前滑坡稳定性分析

整个滑坡分为3段，即AA′、A′B、BC段。

AA′为滑坡上游影响带，长度约10 m，边坡表部覆盖薄层残坡积层，坡脚基岩出露，该段潜在威胁为中上部的高陡边坡和松散土体，因此该段中上部采用抗滑桩+锚索进行加固，下部维持现状。

A′B段为潜在主滑带，整个滑动带较长，坡度较陡，中上部坡度约60°，下部约30°，潜在滑坡体厚度大。该段目前已出现险情，中上部人工堆积体滑落，表层残坡积层崩落；坡脚为人工削坡，人工边坡高约8 m，坡度较陡，蠕变明显。该段坡面上部为薄层残坡积坡体和崩积体，坡脚为崩滑堆积体，结构松散。因此，该段中上部采用抗滑桩+锚索加固，下部采用挡墙拦截崩滑体。

BC段为潜在次滑带，与AA′类似，长度约110 m，边坡表部覆盖薄层残坡积层，坡脚较缓，残坡积层较厚，该段潜在威胁为中上部的高陡边坡和松散土体。因此，该段中上部采用抗滑桩+锚索进行加固，下部进行人工削坡。

2.1 定性分析

A′AB段滑坡位于北侧，东侧临近某驾校和某儿童用具厂，坡脚离已建房屋3～8 m。该段滑坡宽度约120 m，边坡高度25～29 m，坡角在 30°～45°，边坡较陡，且下部边缘已进行人工开挖，开挖高度约8 m。

边坡地层上部为人工填土层、含黏性土碎石，下部为砂质泥岩，根据地质条件，将该边坡综合判定为碎石土边坡。根据现场调查，边坡中下部为人工削坡，坡高6～10 m，坡率较大，坡脚出现临空，边坡出现浅层崩塌，坡面堆积较厚松动碎石土，坡脚较多崩积体，一旦遇水入侵，会使土体吸水饱和，从而使土体容重增大，土体抗剪强度降低。加之地下水和地表水的动力作用，会诱导原本不稳定的土体滑动，危机下部建筑及人员安全；综合判定该边坡整体稳定性差，为潜在崩滑边坡[3]。

BC段滑坡位于南侧，东侧临近九江天利实业有限公司，坡脚离已建房屋2～10 m。该段滑坡宽度约110 m，边坡高度20～28 m，坡角在 25°～35°。边坡相对AB短缓，坡脚有少量人工堆积体，坡顶坡度较大，坡脚较缓，局部段有已建浆砌石挡墙，墙体较矮，墙体较为单薄；边坡地层上部为人工填土层、含黏性土碎石，下部为砂质泥岩，根据地质条件，将该边坡综合判定为碎石土边坡。边坡整体稳定性差，为潜在崩滑边坡。

2.2 定量分析

分别对地貌破坏前和破坏后(现状)边坡进行定量分析，根据有限元分析，原始地貌(破坏前)边坡潜在滑动面贯穿整个边坡，剪出口位于坡脚，强度折减法计算边坡安全系数为1.36。现状(破坏后)边坡潜在滑动面位于坡脚，区域减小，边坡安全系数为1.07，根据理正条分法计算，现状(破坏后)边坡安全系数为1.043，不能满足永久边坡稳定要求，需加固处理。见图1、图2。

图1 原始地貌(破坏前)潜在滑动面及边坡安全系数为1.36

图2 现状地貌(破坏后)潜在滑动面及边坡安全系数为1.07

3 滑坡治理设计

3.1 A′B段边坡方案

1) 根据边坡情况，治理方案采用“抗滑桩+锚索+坡脚挡土墙”。

2) A′B段在道路至滑坡中部12 m处布置抗滑桩，桩顶至道路采用放坡，坡率为1∶3，抗滑桩至坡脚维持现状，坡脚采用悬臂式混凝土挡墙。抗滑桩桩长13 m，桩间距4.0 m，抗滑桩截面尺寸D=1.5 m×1 m，悬臂高度3.0～5.0 m，嵌固段长度8.0～10.0 m。桩间采用混凝土面板，面板厚度0.2 m，面板高度根据压顶梁至坡面地面线高度调整。桩顶采用连梁，连梁尺寸D=1.0 m×1.0 m；连梁下2.0 m处设置锚索，锚索采用5束1*5Φ15.2钢绞线，设置锚索长度15 m，其中自由锻长度5.0 m，锚固段10 m，孔径150 mm。坡脚采用C30混凝土挡墙，挡墙高度4.0 m，其中挡墙埋深1.5 m，悬臂高度2.5 m。同时在坡脚设置SNS柔性网，柔性网采用Q235钢管支撑，钢管直径为50 mm，壁厚不小于3.5 mm，钢管埋深1.5 m，悬臂2.5 m。

3.2 AA′、BC段边坡方案

1) 根据边坡情况，治理方案采用“抗滑桩+锚索+放坡”。

2) AA′、BC 段在道路至滑坡中部12 m处布置抗滑桩，桩顶至道路采用放坡，坡率为1∶3，AA′ 段抗滑桩至坡脚维持现状，BC段抗滑桩至坡脚采用放坡，坡率为1∶2。抗滑桩桩长13 m，桩间距4.0 m，抗滑桩截面尺寸D=1.5 m×1 m，悬臂高度4.0～5.0 m，嵌固段长度8.0～9.0 m。桩间采用混凝土面板，面板厚度0.2 m，面板高度根据压顶梁至坡面地面线高度调整。现场桩顶采用压梁，压梁尺寸D=1.0 m×1.0 m；桩顶下1 m处设置锚索，锚索采用5束1*5Φ15.2钢绞线，设置锚索长度15 m，其中自由锻长度5.0 m，锚固段10 m，孔径150 mm。同时在坡脚设置SNS柔性网，柔性网采用Q235钢管支撑，钢管直径为50 mm，壁厚不小于3.5 mm，钢管埋深1.5 m，悬臂2.5 m[4]。

4 滑坡加固后稳定性模拟评估

4.1 原始地貌及现状地貌建模

根据设计，对公路以外12 m进行回填，坡率为1∶3，同时采用抗滑桩加固，抗滑桩采用实体单元，桩间板采用平面应变单元，锚索采用杆系单元；对坡脚进行削坡，对临空面进行回填，回填坡率1∶2，同时对坡脚采用挡墙加固，挡墙采用实体单元[5]。根据此次模型横向为9 m，2个抗滑单元体，共建3根桩，见图3、图4。

图3 现状地貌(破坏后)建模

图4 恢复治理后地貌

4.2 稳定分析结果

稳定分析结果见图5-图12。

图5 现状地貌整体竖向应力分布

图6 加固后整体竖向应力分布

图7 加固后整体水平应力分布

图8 加固后整体水平位移分布

图9 加固后整体竖向位移分布

图10 加固后整体水平应变

图11 加固后整体竖向应变

图12 加固后潜在滑移面

5 结 论

运用MIDAS数值模拟软件对该滑坡在自然工况和加固工况下的稳定性分析，可得出结论：

1) 自然工况下，滑坡不能满足永久边坡稳定要求，需加固处理。

2) 加固后，对抗滑桩以上部位是有利的，能有效减小坡体位移，限制坡体的蠕动、滑移。加固后回填土体变形较大，因此在回填土体时建议回填碎石土或者不进行回填，形成落石坑，且需要分层压实，压实度大于95%。挡墙墙面需要做好排水，严禁墙后积水。