談向家山滑坡成因分析及其綜合治理研究

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談向家山滑坡成因分析及其綜合治理研究

　　論文關(guān)鍵詞:土木工程　滑坡　高速公路　災(zāi)害治理　有限元

　　論文摘要:向家山滑坡為高速公路路塹邊坡的滑坡,在綜合分析已有的工程勘探資料的基礎(chǔ)上,對滑坡產(chǎn)生的原因進(jìn)行了剖析。同時,將滑體與前期支擋工程視為樁土復(fù)合體,運(yùn)用反分析方法和極限平衡法,評價(jià)了滑體的穩(wěn)定狀態(tài)。并根據(jù)高速公路滑坡的特點(diǎn),制定了臨時防治與永久根治的綜合治理方案,經(jīng)實(shí)施后,監(jiān)測資料及有限元模擬結(jié)果表明效果很好,可為類似滑坡防治所借鑒。

　　1　前言

　　向家山滑坡位于某高速公路K13+500~K13+960段、向家坡立交左側(cè)。公路修建時就對該邊坡進(jìn)行工程加固。但以后出現(xiàn)了變形、產(chǎn)生了滑坡。曾多次對該滑坡進(jìn)行了治理。但效果不佳。2004年6月以來,該滑坡區(qū)又出現(xiàn)了大的變形和位移,治理工程受到破壞,出現(xiàn)抗滑樁傾斜,擋墻鼓出、開裂,排水溝拉裂、下沉,格構(gòu)破壞等現(xiàn)象。這次對該滑坡又進(jìn)行了全面勘探,設(shè)計(jì)了滑坡整治方案,以求能對該滑坡進(jìn)行徹底根治。

　　2　滑坡的工程地質(zhì)條件

　　2.1　滑坡概貌

　　滑坡體坡面傾向W,現(xiàn)狀地形可明顯分為三級臺階(圖1):上部為緩坡平臺地形,高程在385~400 m;中部地形呈階梯狀,前緣為高12~14 m的錨樁擋土墻,再下即公路,為滑坡區(qū)域的最低點(diǎn),高程一般342~346 m。滑坡后壁為高約40 m的陡壁,滑坡南側(cè)和北側(cè)為沖溝。

　　地質(zhì)勘察查明[1,2]:滑坡體在平面上呈不規(guī)則的馬蹄形,滑體厚度平均約19.5 m。中部最厚達(dá)到40 m,滑坡區(qū)面積約7萬m2,體積約140萬m3。

　　2.2　滑坡體的巖土組成

　　滑坡區(qū)的地層分布如圖1所示,自上而下大致可分為三層:

　　(1)表層為第四系全新統(tǒng)崩坡積物(Qcol+dl4),巖性為砂巖、泥巖塊石夾粉質(zhì)粘土。

　　(2)中層為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1z)的強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥巖薄~中厚層狀,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),局部夾薄~中厚層狀長石石英砂巖,多呈夾層狀分布。

　　(3)下層為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組的泥巖夾砂巖,巖石較完整,為弱風(fēng)化帶,具砂泥質(zhì)構(gòu)造,薄~中層狀構(gòu)造。

　　滑坡體主要由粉質(zhì)粘土夾碎塊石及強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖組成,屬于土巖混合型滑坡,滑體范圍內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)松散,含水量高,不穩(wěn)定、易變形。通過土層及滑面分析,該滑坡為由淺層、中層及深層的組成的多層次的滑坡�；w上各巖土體的物體力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)測試值見表1。

　　3　滑坡產(chǎn)生原因分析及穩(wěn)定性評價(jià)

　　3.1　滑坡的形成原因

　　首先,向家山滑坡表層為粉質(zhì)粘土夾少量碎塊石,透水性差,遇水易軟化變形,具膨脹性;下部為破碎、風(fēng)化的泥巖、泥質(zhì)砂巖、頁巖,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育,遇水軟化,為滑坡形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ),而滑坡下伏基巖巖層面總體傾向?yàn)轫樒?為深層變形的形成提供了滑動結(jié)構(gòu)面。其次,滑坡土體的透水性總體較差,地下水多沿泥巖頂面和強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化的界面一帶徑流,軟化滑帶物質(zhì),形成軟弱泥化面(帶),為滑坡的形成提供了滑動介質(zhì)。第三,斜坡中部的裂縫發(fā)育為地表水的入滲提供了通道,使滑體中含水量大大增加甚至達(dá)到飽和狀態(tài),巖體軟化,滑體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低,滑體容重增大,從而誘發(fā)了邊坡變形失穩(wěn),滑體順坡向路塹滑移。最后,人類工程活動,特別是高速公路的施工,邊坡開挖過陡,前緣臨空,邊坡應(yīng)力失衡,終至產(chǎn)生滑坡。

　　3.2　滑坡穩(wěn)定現(xiàn)狀及評價(jià)

　　依據(jù)滑坡現(xiàn)狀,按照相應(yīng)的規(guī)范要求對滑坡體進(jìn)行三種工況的分析評價(jià)。

　　工況(一):自重+地面荷載,取天然重度、天然抗剪試驗(yàn)值。

　　工況(二):自重+地面荷載+暴雨,取飽和重度和飽和抗剪試驗(yàn)值,因該滑坡曾經(jīng)滑動過,采用飽和抗剪殘余值。

　　工況(三):自重+地面荷載+暴雨+地震,取飽和重度和飽和抗剪、飽和抗剪殘余值,并考慮地震力作用。

　　采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性評價(jià)計(jì)算,得出穩(wěn)定系數(shù)見表2。

　　從表2中看出,淺層、中層滑坡在邊坡在工況(一)即天然狀態(tài)下,FS=1.11~1.23為穩(wěn)定狀態(tài),工況(二)即雨季狀態(tài)下,FS=1.01~1.02,滑坡處于極限平衡狀態(tài),工況(三)即在地震狀態(tài)下,FS=0.97~1.02,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)或極限平衡狀態(tài);深層潛在滑面在三種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

　　4　滑坡治理

　　由于向家山滑坡發(fā)生在運(yùn)營中的高速公路的區(qū)域內(nèi),所以滑坡治理考慮臨時搶險(xiǎn)與永久根治兩個階段進(jìn)行。先按照搶險(xiǎn)工程進(jìn)行臨時處置:在雨季臨時封閉高速公路滑坡影響范圍內(nèi)的一幅路段;在坡體增設(shè)排水孔,用粘土夯實(shí)或者水泥槳封堵地表裂縫等應(yīng)急措施;另外在滑體上布設(shè)監(jiān)測系統(tǒng),對滑體進(jìn)行監(jiān)測,及時反饋滑坡的動態(tài)信息,對出現(xiàn)的新情況進(jìn)行及時處理。永久性治理方案則采用以下多種手段方案(圖2)。

　　(1)在現(xiàn)有錨固樁頂一級平臺處設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁,同時阻擋淺層和中層滑坡。(2)按照1∶1.25對二、三級坡面削坡處理,然后在二級坡面上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架工程錨固段深入中層滑面以下,并進(jìn)入深層滑面以下一定深度。

　　(3)地表及地下排水措施首先采用地表有組織排水措施,排出地表水盡量減少地表水入滲到地下,同時采用地下排水措施,在滑坡后部修建截水盲洞,以降低樁后地下水。

　　(4)坡面植草為防止坡面沖刷,阻止地表水入滲,對整個坡

[1]

談向家山滑坡成因分析及其綜合治理研究

面失缺植被的地方進(jìn)行植草防護(hù),對框架梁構(gòu)內(nèi)坡面采取夯填20 cm厚的粘土后,再在其表面采用客土植草。

　　5　滑坡邊坡治理后穩(wěn)定性分析

　　經(jīng)過治理后,按照上述同樣的方法對淺層、中層滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,計(jì)算結(jié)果見表3。從表中可以看出各個剖面淺層、中層滑坡在三種工況下,穩(wěn)定系數(shù)均得到了提高,在原來的基礎(chǔ)上增長了46%以上�？傻贸龌轮卫砗蠡履荛L期穩(wěn)定的結(jié)論。

　　6　有限元分析成果

　　為了分析向家山滑坡穩(wěn)定性,本文還采用2D-Sigma[5]對滑坡進(jìn)行了分析,這里僅介紹有限元分析結(jié)果。

　　6.1　治理前有限元分析結(jié)果

　　有限元模擬得出治理前滑坡邊坡情況如下: (1)滑坡體應(yīng)力分布符合斜坡拉應(yīng)力場普遍分布規(guī)律,表層主要為拉應(yīng)力,內(nèi)部為壓應(yīng)力,垂直方向上壓應(yīng)力值隨深度的增加而同步遞增,在坡腳處有明顯的應(yīng)力集中區(qū);變形主要集中在邊坡表層,尤其是淺層滑面剪應(yīng)變最大。

　　(2)最大剪應(yīng)力發(fā)生在坡角,為0.36 MPa,水平、豎直位移均未超過1 cm。可見在自然狀態(tài)下淺層、中層及深層潛在滑面均處于穩(wěn)定。

　　(3)在工況(二)及工況(三)的情況下,邊坡坡面及其以下一定深度內(nèi)存在拉應(yīng)力,變形比較大。其中暴雨?duì)顟B(tài)下最大水平位移為39 cm,最大豎直位移為30 cm,發(fā)生在淺層滑體內(nèi),剪應(yīng)力在坡角發(fā)生應(yīng)力集中,約為1.63 MPa;在暴雨加地震的狀態(tài)下,其中最大水平位移達(dá)45 cm,最大豎直位移達(dá)32cm,坡角應(yīng)力集中,最大剪應(yīng)力約為1.65 MPa。淺層、中層滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),隨時有滑塌的可能,潛在深層滑坡變形甚少,處于穩(wěn)定狀態(tài)或極限平衡狀態(tài)。

　　6.2　治理前后數(shù)值模擬分析

　　因?yàn)楸镜貐^(qū)地震烈度一般小于里氏7度,設(shè)計(jì)中一般不考慮地震影響,故只對工況二,即長期暴雨?duì)顟B(tài)下的滑坡治理前后進(jìn)行模擬分析。模擬滑坡治理的全過程,計(jì)算過程分兩步進(jìn)行:首先計(jì)算坡體在自重作用下的受力狀態(tài);然后削坡并進(jìn)行抗滑樁及預(yù)應(yīng)力框架施工,計(jì)算治理后的變形及應(yīng)力狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果顯示:

　　(1)對比治理前后應(yīng)力場,斜坡的應(yīng)力特征大部分相同,不同之處是;預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索框架施工后,應(yīng)力集中程度有所變化,如坡角應(yīng)力σ1從1.07 MPa降為1.03 MPa。

　　(2)變形主要發(fā)生在邊坡表層,在豎直方向上,隨著深度的增加逐漸減少,在深層潛在滑面以下位移基本在1 cm以內(nèi);其中水平位移基本在中層滑面與坡面相交處至第一排抗滑樁之間,最大位移發(fā)生在二級坡面上;垂直位移基本在坡角以上第三排抗滑樁以下部位,最大位移發(fā)生在第三排抗滑樁后裂縫密集區(qū)。治理后應(yīng)變值變小,變形區(qū)域減少,水平、垂直位移基本趨于零,可見治理后邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),說明處治措施有效。

　　7　結(jié)語

　　通過對向家山高速公路滑坡的綜合分析及有效治理后可得出以下結(jié)論:

　　(1)通過對勘探資料和物探資料分析,該滑坡由淺層、中層及潛在深層等多個滑坡體組成,屬于大型土巖混合型滑坡。

　　(2)通過多因素綜合分析,找到了造成該滑坡復(fù)活和公路建設(shè)前期治理失效的原因。向家山滑坡主要受地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、坡體結(jié)構(gòu)及氣象與水文等條件多因素的影響,其形成是這些因素共同作用的結(jié)果。首先,滑坡地區(qū)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件是產(chǎn)生滑坡的主要內(nèi)因;其次,公路建設(shè)前期不正確的施工是滑坡產(chǎn)生的主要外因;另外,在前期治理中對水的防治失效是導(dǎo)致滑坡復(fù)活的主要原因。

　　(3)考慮支擋工程和土體的共同作用,將其視為樁土復(fù)合體進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性的反分析,結(jié)果表明這樣處理是合理、正確的。

　　(4)在制定治理方案上,將應(yīng)急與永久相結(jié)合,在滑坡災(zāi)害發(fā)生后未造成一起事故。在綜合考慮了滑體的變形特征和工程地質(zhì)條件的情況下,制定具體治理措施,并進(jìn)行優(yōu)化組合,治理措施實(shí)施后,淺、中層滑坡穩(wěn)定系數(shù)比治理前分別提高了46%~76%,滑體趨向穩(wěn)定,說明方案得當(dāng),措施有效。

　　(5)通過取典型斷面對邊坡過行數(shù)值模擬分析表明,加固后的邊坡,可得出長期穩(wěn)定的結(jié)論。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[5]　日本軟腦株式會社.2D-Sigma用戶手冊,2001

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