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

　　論文關鍵詞:土木工程　滑坡　高速公路　災害治理　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上,對滑坡產生的原因進行了剖析。同時,將滑體與前期支擋工程視為樁土復合體,運用反分析方法和極限平衡法,評價了滑體的穩(wěn)定狀態(tài)。并根據高速公路滑坡的特點,制定了臨時防治與永久根治的綜合治理方案,經實施后,監(jiān)測資料及有限元模擬結果表明效果很好,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。公路修建時就對該邊坡進行工程加固。但以后出現(xiàn)了變形、產生了滑坡。曾多次對該滑坡進行了治理。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,格構破壞等現(xiàn)象。這次對該滑坡又進行了全面勘探,設計了滑坡整治方案,以求能對該滑坡進行徹底根治。

　　2　滑坡的工程地質條件

　　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,高程一般342~346 m�；潞蟊跒楦呒s40 m的陡壁,滑坡南側和北側為沖溝。

　　地質勘察查明[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、泥巖塊石夾粉質粘土。

　　(2)中層為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1z)的強風化粉砂巖、泥巖薄~中厚層狀,泥質結構,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,為弱風化帶,具砂泥質構造,薄~中層狀構造。

　　滑坡體主要由粉質粘土夾碎塊石及強風化砂泥巖組成,屬于土巖混合型滑坡,滑體范圍內的巖體結構松散,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指標試驗測試值見表1。

　　3　滑坡產生原因分析及穩(wěn)定性評價

　　3.1　滑坡的形成原因

　　首先,向家山滑坡表層為粉質粘土夾少量碎塊石,透水性差,遇水易軟化變形,具膨脹性;下部為破碎、風化的泥巖、泥質砂巖、頁巖,網狀裂隙發(fā)育,遇水軟化,為滑坡形成提供了物質基礎,而滑坡下伏基巖巖層面總體傾向為順坡,為深層變形的形成提供了滑動結構面。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風化和中風化的界面一帶徑流,軟化滑帶物質,形成軟弱泥化面(帶),為滑坡的形成提供了滑動介質。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到飽和狀態(tài),巖體軟化,滑體的抗剪強度進一步降低,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,邊坡應力失衡,終至產生滑坡。

　　3.2　滑坡穩(wěn)定現(xiàn)狀及評價

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

　　工況(一):自重+地面荷載,取天然重度、天然抗剪試驗值。

　　工況(二):自重+地面荷載+暴雨,取飽和重度和飽和抗剪試驗值,因該滑坡曾經滑動過,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)法進行滑坡的穩(wěn)定性評價計算,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)生在運營中的高速公路的區(qū)域內,所以滑坡治理考慮臨時搶險與永久根治兩個階段進行。先按照搶險工程進行臨時處置:在雨季臨時封閉高速公路滑坡影響范圍內的一幅路段;在坡體增設排水孔,用粘土夯實或者水泥槳封堵地表裂縫等應急措施;另外在滑體上布設監(jiān)測系統(tǒng),對滑體進行監(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置一排預應力錨索抗滑樁,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置預應力錨索框架工程錨固段深入中層滑面以下,并進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

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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行植草防護,對框架梁構內坡面采取夯填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

　　經過治理后,按照上述同樣的方法對淺層、中層滑坡進行了穩(wěn)定性分析,計算結果見表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,在原來的基礎上增長了46%以上。可得出滑坡治理后滑坡能長期穩(wěn)定的結論。

　　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]對滑坡進行了分析,這里僅介紹有限元分析結果。

　　6.1　治理前有限元分析結果

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

　　(2)最大剪應力發(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存在拉應力,變形比較大。其中暴雨狀態(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,剪應力在坡角發(fā)生應力集中,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45 cm,最大豎直位移達32cm,坡角應力集中,最大剪應力約為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

　　因為本地區(qū)地震烈度一般小于里氏7度,設計中一般不考慮地震影響,故只對工況二,即長期暴雨狀態(tài)下的滑坡治理前后進行模擬分析。模擬滑坡治理的全過程,計算過程分兩步進行:首先計算坡體在自重作用下的受力狀態(tài);然后削坡并進行抗滑樁及預應力框架施工,計算治理后的變形及應力狀態(tài)。計算結果顯示:

　　(1)對比治理前后應力場,斜坡的應力特征大部分相同,不同之處是;預應力錨索抗滑樁及預應力錨索框架施工后,應力集中程度有所變化,如坡角應力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;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活和公路建設前期治理失效的原因。向家山滑坡主要受地層、巖性、地質構造、地形地貌、坡體結構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果。首先,滑坡地區(qū)的工程地質與水文地質條件是產生滑坡的主要內因;其次,公路建設前期不正確的施工是滑坡產生的主要外因;另外,在前期治理中對水的防治失效是導致滑坡復活的主要原因。

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

　　(4)在制定治理方案上,將應急與永久相結合,在滑坡災害發(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條件的情況下,制定具體治理措施,并進行優(yōu)化組合,治理措施實施后,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,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)定的結論。

　　參考文獻

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