某地区山体滑坡治理工程效果探讨

陈欢

【摘 要】在通常的勘察工作中，特别是在山区进行勘察，经常会遇到边坡问题，或者是原始地形坡度大，具有潜在滑坡的可能，或者是工程建设改变原始地形后形成新的边坡，可能诱发滑坡，危及工程场地安全。本文介绍了滑坡的特征和成因，并针对预应力锚索框架、削方减重和地表排水等综合治理措施进行了分析。

【关键词】滑坡；预应力锚索框架；有限元

前言

我国西部山区是基础设施和经济相对落后地区，在大力发展交通建设的今天，西部山区铁路建设是其重点，而我国人口众多，耕地较少，铁路选线时既要考虑沿线经济和发展，同时还要尽量少占用耕地，因此，山区铁路的桥梁，隧道较多，高切边坡也众多，山区本身就是地壳运动的结果，其地形险峻，沟谷深切，地形地质条件十分复杂。因此，必须要解决高陡岩质边坡的变形、稳定和治理问题。

1.滑坡区地质环境

根据地质调查及钻孔资料揭示，本滑坡区出露地层相对简单，从新到老分别为：全新统滑坡堆积物（），主要分布于滑坡体的中部和前缘一带，岩性多为马兰黄土和皋兰群片岩破碎后的重新堆积；上更新统主要为马兰黄土（），分布较广泛，披覆于老地层之上；中更新统地层多埋藏于马兰黄土之下，在沟谷两侧和坡体前缘陡壁下部有零星出露，可分为两期，早期堆积物为冲洪积物（），晚期堆积物为风积离石黄土（）；前寒武系皋兰群（）岩性为黑云角闪片岩、黑云绢云片岩和片麻岩、夹薄层石英岩和酸性侵入岩岩脉，主要分布于坡体的下部。

新构造时期滑坡区附近以整体间歇性隆升为主要特征，差异活动不强烈，无区域性深、大活动断裂切割。滑坡区附近主要发育有规模不大的金城关断裂及雷坛河断裂，这两条断裂至少在晚更新世晚期以来处于稳定状态。

滑坡区地下水主要有松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型。松散岩类孔隙水赋存于更新统黄土和碎石层中，受补给条件、赋存条件及排泄条件控制，地下水量贫乏；基岩裂隙水主要赋存于皋兰群变质岩的风化裂隙和构造裂隙中，补给来源为大气降水和绿化灌溉水的人渗。

2.滑坡特征及成因

2.1滑坡特征

某地区滑坡地形高陡，山体总高度140m。滑坡平面上呈扇形，滑坡体长75m，后缘宽25m，前缘宽95m，滑坡前后缘高差近60m，主滑方向为56°。滑坡体上部平均坡度约为35°，下部平均坡度约43°。滑坡面积为4050m2，平均厚度约13m，总体积约为6.2×104m3。

滑坡后壁及侧界明显呈不规则的圈椅状。长110m，顶部一带后壁高6～7m，向两侧逐渐降低为2m左右。

剪出口位于前寒武系变质片岩中，低于基岩顶面6～8m，呈波状起伏，位置高于前部的某大道约30m。滑坡的滑动面发育在上部的晚更新统黄土和下部的前寒武系皋兰群中。总体来说，该滑坡的滑动面较陡，后壁一带滑动面的倾角在60°左右，最陡处达62°，向下逐渐变缓，在剪出口一带滑动面较为平直，为15°左右。

滑体物质主要由第四系中更新统的黄土和前寒武系皋兰群变质片岩强风化层组成。按照滑坡体积和滑坡体的地层岩性，该滑坡属小型黄土一基岩滑坡。

2.2滑坡成因

滑坡形成的内在因素有斜坡地形地貌、组成斜坡的岩土体工程地质性质、地质构造；外因主要是水的作用和人类工程活动。诱发该滑坡滑动的原因主要有以下几点：

（1）降雨是该滑坡滑动的主要诱发因素。该地区降雨较多，特别是滑坡前一天晚上的降水量高达11.3mm。

（2）滑坡上部山体上树木较多，是重点绿化区，灌水量较大，灌溉水和管道渗漏水渗入坡体，对本次滑坡的发生也有一定的引发作用。

（3）山坡地形高陡，山体高140m左右，平均坡度35。左右，上缓下陡；上部坡度约45°，下部60°～70°，局部呈直立或倒坡，总体上坡型呈凸型，是滑坡发育的有利地形条件。

3.滑坡治理工程设计

3.1治理方案

滑坡治理采用预应力锚索框架作为主体支挡工程，并辅以削方减重、地表排水和护坡等相结合的综合治理措施，以达到稳定滑坡，保证某大道畅通的目的。

3.2治理工程措施

3.2.1预应力锚索框架工程

3.2.1.1滑坡推力

滑坡推力计算的有关岩土体物理力学参数是在试验的基础上，根据本滑坡的岩土体组成，并参考了当地有关黄土抗剪强度经验值，再以该滑坡处于活动状态的实际情况运用参数反分析法综合确定的，具体计算参数见表1。本滑坡1-1典型剖面在整个滑坡体中最具代表性（图1），因此，以该剖面作为计算原型进行滑坡的推力计算，计算示意图见图1。根据表1参数并利用规范中的公式计算，结果为：天然条件下滑坡剩余下滑1168.88kN/m，地震条件下为1053.74kN/m。

3.2.1.2工程措施

在滑坡剪口以上第一级边坡采用KJ1型预应力锚索框架加固，总长108m，单片框架长6m，共18片。每片框架上设6孔锚索，分下、中、上3排，长度分别为15，17，21m，锚固段长度为10m，锚索水平间距3m，孔径?4b130mm，倾角20°，锚筋采用64?15.24高强度低松弛预应力钢绞线制作，单孔设计拉力600kN。框架梁截面尺寸0.6m×0.55m，采用C25混凝土浇注（图2、3）。

在滑坡剪出口以上第二、三级边坡采用KJ2型预应力锚索框架加固，长度分别为171，156m，单片框架长6m，分别为28.5片和26片，每片框架上设4孔锚索，分下、上2排，长度分别为23，25m和26，28m，锚固段长度为8m，锚索水平间距3m，孔径?l30mm，倾角20°，锚筋采用5?15.24高强度低松弛预应力钢绞线制作，锚索单孔设计拉力500kN。框架梁截面尺寸0.6m×0.5m，采用C25混凝土浇注（图2、3）。

对于突出的危岩体采用锚杆墩加固。锚杆长度为8.5m，锚杆间距2.5m，孔径6110mm，倾角20°，锚筋采用?28HRB335钢筋制作。锚墩的尺寸为0.3m×0.3m×0.2m，采用C25混凝土浇注。

3.2.2削方减载工程

3.2.2.1滑坡壁上部局部削方

对标高1630m以上的滑坡壁进行削方减载，分三级，每级高度8.Om，下两级的刷方坡率为1：1，最上一级的刷方坡率为1：0.75。最下一级刷方平台宽3.0m，上部两级刷方平台宽2.0m。

3.2.2.2滑坡体西北侧局部削方

在标高1585m以上按三级边坡削方减载，危岩体以上4-4断面代表段下两级刷方坡率为1：l，每级高7m，最上一级的刷方坡率为1：1.25，下一级刷方平台宽2.5m，上部两级刷方平台宽2.0m；危岩体以西5-5断面代表段下两级刷方坡率为l：0.75，每级高7m，最上一级的刷方坡率为1：1.25，三级刷方平台宽均为1.5m。

3.2.3排水工程

本滑坡区排水工程主要以地表排水系统为主，在有框架的削方平台上设U型预制混凝土排水沟，其它削方平台设截面尺寸为O.3m×0.3m的M7.5浆砌片石排水沟，滑坡后缘以外设一道截水沟（天沟），两侧自然沟旁设吊沟，以上排水沟与坡脚排洪道共同形成排水系统，以截排滑坡和滑坡两侧斜坡区的地表水。

3.2.4护坡工程

由于应急工程施工后，滑坡区及周围的植被也被大面积破坏，地表为裸露的疏松黄土，遇到大风天气时尘土飞扬，成为沙尘的新来源地，影响该市的大气环境和景观；遇到暴雨时则产生强烈的地表冲刷和侵蚀，既造成水土流失又影响坡体的稳定性。因此，锚索框架内和锚索框架以上边坡采用植草护坡防护。

3.2.5裂缝、落水洞夯填

由于滑坡上部有大量张性裂缝和落水洞，为了防止地表水沿裂缝和落水洞入渗降低坡体稳定性，因此对滑坡体上的裂缝和落水洞进行夯填。具体做法是在裂缝上垂直裂缝走向宽0.5m、深0.5m处，沿裂缝全长挖槽，挖宽后采用粘土夯填密实，对落水洞也要进行追踪开挖夯填。

4.加固效果分析

4.1有限元模型的建立

在计算分析过程中采用平面应变问题来处理，硬性结构面采用接触单元来模拟，预应力锚索锚固力作为集中力来模拟。有限元网格划分后生成的结点总数为4053，六结点三角形平面应变元有800个。

计算模型所采用的边界条件为：设定模型的上部为自由边界，左右两侧为水平约束，底面边界采用固定约束。此外，计算中考虑由自重应力引起的初始地应力。

4.2计算参数与计算工况

＼该滑坡有限元计算的有关物理力学参数是在试验资料的基础上，并参考了当地有关黄土抗剪强度经验值综合确定的。此外，将前寒武系片岩按风化程度不同概化分为强风化和微风化丽层。该滑坡有限元计算岩土体的力学参数见表2，采用莫尔一库仑屈服准则计算。选择模型计算的工况为天然工况。

4.3有限元数值模拟结果分析

有限元数值模拟获得了研究区的位移图和应变图。滑坡加固前后的位移如图4所示。从图4可以看出，加固前坡面位置有较大位移，最大位移出现在坡顶附近，为2.8m，此时用简化Bishop法计算滑坡稳定系数为1.03，处于临界状态，说明滑坡很不稳定。预应力锚索框架加固后，坡顶附近出现的最大位移仅为0.27m，较加固前大大变小，此时用简化Bishop法计算滑坡稳定系数为1.28，稳定系数满足规范要求，滑坡稳定性较好。

5.结束语

通过对比分析加固前后滑坡的位移、最大剪切应变和稳定系数，可以看出用预应力锚索框架加固该滑坡起到了很好加固效果。治理工程经过近一年的监测，滑坡处于稳定状态，证明治理效果良好。