福建三明沙溪河岸某边坡稳定性评价与加固设计

何英达，崔芳鹏

中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京 100083

0 引 言

沙溪河为闽江一条主要支流，是三明市最大的河流，发源地位于福建省建宁县严峰山。全长325 km，流域为三明市土地面积的一半，达11 793 km2，惠及清流、宁化、三明、永安、沙县四市。三明市市区分布在沙溪下游的东侧和西侧，构成一个窄而长的小盆地，且沙溪河河道的平均坡降为0.9%。因此，三明市市区受洪涝灾害威胁严重。

沙溪流域湿润温和，为海洋性季风气候，降水十分丰富且分布不均匀，易对边坡稳定性造成威胁，并威胁居民生命财产安全、影响三明市工业发展等。在此背景下，运用GeoStudio软件对沙溪某边坡稳定性进行评价[1-2]。

1 研究区概况

(1)工程地质条件。研究区位于丘陵山坡地带，地势总体东北高，西南低，坡下为宁路村民房建筑，坡体表层植被发育。原状坡体坡度25°～40°，海拔高度一般为350.00～395.00 m，相对高差45 m，各勘探点孔口高程为359.41～389.11 m。地层为粉质粘土层、石英云母片岩残积粘性土、砂土状强风化石英云母片岩、碎块状强风化石英云母片岩四层。

(2)水文地质条件。勘察区未发现地表水系。东北侧老滑坡下段坡脚处有1处泉点，系地下水出露点，流量约0.09 L/s。场地内地下水主要为赋存于基岩风化带中裂隙潜水，含水层富水性弱，透水性弱，属弱透水层。地下水补给来源主要为大气降水下渗补给及同一含水层的侧向补给，地下水顺坡向迳流，向地势低洼处排泄。地下稳定水位埋深为2.90～8.50 m，水位标高348.17～353.31 m。由于场地地下水主要补给来源为大气降水，在枯水期，地下水位及水量下降幅度较大，水位变幅3～5 m。

2 基于GeoStudio坡体稳定性评价

2.1 天然状态下坡体稳定性

运用Geo-slope模块分析了天然状态下坡体稳定性，最危险滑移面安全系数为1.145，结果表明原生坡体稳定[3-6](表1、图1)。

表1 最危险滑移面数据Table 1 Table 1Most dangerous slip surface data

图1 天然坡体稳定性分析成果图Fig.1 Analysis results of natural slope stability analysis

2.2 暴雨情况下坡体稳定性

运用Geo-slope与Geo-seep模块耦合分析了暴雨工况下坡体的稳定性，最危险滑移面的安全系数为0.955，结果表明坡体在暴雨工况下失稳(图2、表1)。

图2 天然坡体在暴雨工况的稳定性分析成果图Fig.2 Stability analysis results of natural slopes under heavy rain conditions

3 坡体加固

3.1 排水工程

(1)设置坡体排水沟和边沟。考虑到坡体排水沟需设置在坡度较为缓和、自然排水能力较差的坡段。将排水沟位置定于X=5 m、X=20 m、X=42 m的坡体上中下地段。在坡脚设置边沟，除排水外，还可拦截坡体滚石(图3、图5)。

图3 排水沟、边沟剖面图Fig.3 Sectional view of drainage ditch and side ditch

(2)坡面防护工程。由于研究区坡体表层植被发育，以毛竹和杂草为主。毛竹根部能固定砂土，该工程主要是在杂草为主的坡面上进行混凝土喷射护坡，增加坡面紧实度，降低坡面面渗水性，从而减少降水对坡体内部岩土体物理力学性质的影响。对于部分毛竹坡面，不过多改造。

具体步骤：①坡面初步处理。把坡面上现存的杂草、可能滑落的滚石、松散土体、人工垃圾等清理干净并用高压水冲洗，以使坡体保持一定湿度，可与混凝土融合。②搭设塔架。要求塔架承载能力足够，必须具有安全防护网、安全绳等防护措施。③布设锚钉孔及排水孔。锚钉孔以2.5×2.5 m梅花状布设，且垂直于坡体。排水孔直径100 mm，间距2.5 m，保证能排水成功。④安装锚钉。将定制好的锚钉安装到锚钉孔中。⑤布设钢筋网。用规定的单层网片双向与锚杆牢固且与坡面起伏情况基本一致。⑥喷射混凝土。在喷射前做好标记工作，分段喷射，从下而上进行，每次喷射5 cm左右厚度，距离在0.8～1.5 m，以圆弧一层一层喷射。⑦保护工作。在完成喷射工作后持续喷适量水分5～7天(图5)。

(3)设置排水孔。排水孔是确保稳定性极其关键的设施。根据研究区水文地质条件及天气因素，应在坡体中下部设置排水孔来提高坡体稳定性，此外挡土墙中、减荷反压工程都需设置排水孔。由于排水管不具有动力，为利用重力排水，引用倾斜式排水孔。倾斜式排水孔规格：倾角应大于6°，直径75～150 mm，孔壁厚25～50 mm。排水管安装时需在其周围设计透水过滤系统，避免由于砂土等堵塞排水孔，一般将其安放置于坡体潜在滑移面或者富存地下水的位置，呈梅花状分布(图5)。

图4 挡土墙剖面图Fig.4 Retaining wall section

3.2 设置挡土墙

根据原生坡体在Geo-slope模块中模拟结果，最危险滑移面的最末端位于坐标(50，3)处。若在X=50 m这个截面设置挡土墙，由于挡土墙与滑坡体之间的接触不多，因此挡土墙对于最危险滑移面的阻挡防滑移效果将十分不明显。为了加大挡土墙与滑移面之间的作用效力，应当将挡土墙设置在X=48m截面处最为合适(图4、图5)。

3.3 减荷反压工程

坡体后缘部分孔隙水压力线较高，在X=10 m截面以后孔隙水压力降低，且该部分坡体较陡峭。因此在X=10 m，Y=18 m处进行减荷，在坡体后缘切出一个平台。由于该部分土体被削去后会形成地下水自溢区，应在该地段设置多个排水孔，使该地段坡体地下水得到充分排泄，否则会使坡体上部岩土体物理力学强度降低，产生负面影响[7-13](图5)。

图5 平面位置示意图Fig.5 Plane position diagram

4 基于GeoStudio加固坡体稳定性评价

4.1 加固后无暴雨状态下坡体稳定性

运用Geo-slope模块分析了加固后天然状态下坡体稳定性，安全系数提高到1.588，结果表明加固后坡体稳定系数大幅度提高，坡体十分稳定(图6、表1)。

图6 加固后天然坡体的稳定性分析成果图Fig.6 Results of stability analysis of natural slope after reinforcement

4.2 加固后暴雨情况下坡体稳定性

结合加固设计中的挡土墙、排水沟等加固设计，运用Geo-slope与Geo-seep模块耦合分析了加固后暴雨工况下坡体稳定性，安全系数为1.334，结果表明暴雨工况下坡体依旧稳定(图7、表1)。

图7 加固后坡体在暴雨工况的稳定性分析成果图Fig.7 Results of stability analysis of reinforced slopes under heavy rain

5 结论

基于GeoStudio对坡体天然状态、在暴雨影响下进行稳定性评价，经加固设计，再对坡体加固后基本状态、加固后在暴雨影响下进行稳定性评价。得出如下结论：

(1)天然状态坡体稳定系数数为1.145，降雨情况下稳定系数为0.995会滑坡，急需加固措施。

(2)加固后坡体稳定系数为1.558，降雨情况下稳定系数为1.334，说明本文加固设计有效可行。

(3)特殊坡体需高安全系数时，可采用排水工程、挡土墙、减荷反压工程、护坡工程四者结合处理。