滑坡安全标准及治理措施研究

滑坡安全标准及治理措施研究滑坡安全标准及治理措施研究 1 滑坡治理工程设计安全标准的讨论 1 1 滑坡治理工程设计安全标准的概念 治理滑坡时必须对滑坡的稳定性进行评价 如何判定滑坡 体是否稳定 还要借助一个 限值 或称 法值 作为评价滑坡体稳 定性是否可靠的一个判据 工程中将这个判据定义为安全标准 安全系数是定量表达安全标准的最成熟 使用最普遍的一种形 式 滑坡体防治工程的设计安全标准 代表滑坡体所应该具有 的安全度 是一项极其重要的工程数据 制定安全标准 需要 考虑很多方面的因素 有自然的因素 也有人为的因素 安全 标准的取值高或低 关系到滑坡治理工程的方案制定和投资的 大小 也直接涉及到设计者自身的工程责任 所以 安全标准 的制定是滑坡治理工程设计的一项重要的工作 是需要依靠专 家参预进行的一项高难度 高风险的决策 滑坡稳定性分析及工程治理中主要应用以下两种不同定义 的安全系数 第 1 种定义的安全系数 是将荷载 即滑动力 乘以一个 数 k 并将 k 值逐渐增大 直到取得某个临界值 使滑坡体达 到临界平衡状态 这个临界值就是安全系数 这样求出的安全 系数具有 超载系数 的性质 第 2 种定义的安全系数 是将滑坡体土质的抗剪强度除以 k 并将 k 值逐渐增大 直到取得某个临界值 使滑坡体达到临 界平衡状态 这样求出的安全系数具有 强度储备系数 的性质 1 2 安全标准是多因素共同作用下的一个函数 安全系数 k 实际上是许多复杂因素共同作用下的一个 函数 亦即 k f xi x1 x2 x3 xn 式中 xi i 1 2 3 n 是影响安全系数 k 的各个因 素 既然安全系数是受许多复杂因素共同影响的 那么在制定 滑坡治理工程安全标准时 如果不考虑这些因素及其不确定性 笼统地采用强制性的安全标准 是不合理的 对滑坡体的安全系数产生影响的许多复杂因素中 主要的 因素可以归纳为以下 5 个方面 1 地质因素 指对滑坡体的规模大小和现状稳定性 滑动面的形状 岩土性质 环境边界 地下水分布等揭示认识 的准确性与深刻程度 2 岩土物理力学参数 主要指滑体和滑带土的抗剪强 度 进行稳定分析时 对滑坡体材料的抗剪强度应作出符合实 际的评判 注意滑坡治理安全标准的取值要与抗剪强度取值的 方法与偏向 偏于保守还是危险 相适宜 3 作用荷载及其组合 影响安全系数的作用荷载主要 有 自重及上覆外载 地下水孔隙压力 震动 滑坡前缘坡外江 河 静水压力和水位骤降等 4 稳定分析所采用的理论及方法 用于滑坡稳定分析 的理论及方法很多 应根据滑坡类型和滑移机制 合理选择计 算方法 关注不同的分析理论与方法所得到计算成果的差异性 避免产生矛盾和偏差 5 工程的重要性 亦即风险性 意指滑坡失稳可能造 成的灾害影响与可承受的程度 重要性所包含的内容宽泛 往 往需要考虑经济损失 社会影响和政治因素等 滑坡治理工程 的重要性越强 滑坡治理的安全标准相对高一些 1 3 制定安全标准的方法及安全标准取值的讨论 1 3 1 滑坡体稳定现状与安全标准 当某一滑坡体需要进行工程防治时 其天然现状下的稳定 性处于以下两种情况 第 1 种情况是滑坡稳定性已经达到了临界状态 甚至已经 失稳 这时滑坡体的天然现状安全系数等于或者小于 1 0 第 2 种情况是滑坡体处于稳定或者基本稳定 这时滑坡体 的天然现状安全系数到底多少很难估计 对处于第 1 种稳定状况的滑坡体 其天然现状安全系数等 于或者略小于 1 0 通常在 0 95 1 0 之间取值 这时可参考 表 1 确定该滑坡体的安全标准 对处于第 2 种稳定状况的滑坡体 因无法知道现状安全系 数 再研究该滑体的安全标准已经没有必要 较好的做法是 1 维持现状法 如果该滑体的现状稳定性是可持续 的 不必进一步提高安全系数 可采取 补偿还原 法 即采取 加固措施将某些条件的恶化导致安全系数下降的部分补回来 水布垭枢纽大岩淌和马岩湾滑坡体就是采取了这种方法 或采取种种保护措施 阻止安全系数下降 水布垭台子上滑坡 体就是采取了这种方法 2 相对安全系数法 如果对该滑体的长期稳定不放 心 又无法准确知道滑坡体的现状安全系数 可假定滑坡体的 天然现状安全系数不小于 1 0 相对安全系数 采取加固措施 将安全系数提高某一倍数 小型滑体提高 10 左右 大型滑体 提高 5 左右 1 3 2 关于安全标准的下限值 安全标准的下限值 可按照 最不利组合法 来控制 即 保证滑坡体在各种荷载的最不利组合作用下不失稳 例如 位于水布垭水利枢纽坝址下游右岸的马岩湾滑坡体 其天然现 状稳定性比较脆弱 认为其处于临界稳定状态 稳定分析时 将各种可能的荷载按照 最不利组合 以后 该滑坡体的安全系 数下降幅度达到 10 必须将其安全系数在现有状态下提高 10 才能保证该滑体在各种不利因素及其组合的作用下 维持其现 有的稳定状态 因此在制定马岩湾滑坡体的安全标准时 假定 滑坡体的现状安全系数等于 1 0 安全标准定为 k 1 1 1 3 3 不同工作阶段取不同安全标准 滑坡体的地质条件复杂 即使是同一个滑坡体 在不同的 工作阶段 地质勘察和研究工作深度不同 尤其是在规划阶段 或者预可行性研究阶段 地质勘察工作不够细致 如果采用统 一安全 标准 存在一定的风险 也不严谨 因此 不同的工作 阶段 根据工程地质条件的揭示程度和研究工作深度 采取不 同的安全标准 是比较科学的 如果不得不硬性地规定统一的 安全标准 为了规避风险 对滑坡的地质勘察应提前达到详勘 深度 如果地质勘察达不到详勘深度 则滑坡治理方案论证与 工程量计算应留有充分余地 借鉴建筑物设计工程量计算的阶 段系数的做法 滑坡治理工程量的阶段系数宜在 1 15 1 30 之 间取值 2 滑坡治理常用的工程措施 滑坡整治工程措施大致可分为 减滑 工程措施和 抗滑 工 程措施两大类 减滑工程措施主要包括削方减载 地表防渗及 排水 地下排水 前缘护脚等 抗滑工程措施主要包括抗滑桩 挡土墙 锚固等 2 1 削方减载与填土反压 自重及上覆外载对于滑坡体的稳定性来说 其作用可利可 弊 滑坡治理时采用的 削坡减载 反压固脚 措施 就是合理 利用自重及垂直外载的 利 而避其 弊 削方减载措施特别适用于上陡 重 下缓 轻 的推动式 且滑坡后缘及两侧有明显的边界 或者有岩体出露而不易受到 牵引变形的滑坡治理 对改善滑坡的稳定性 提高安全系数有 着非常明显的效果 特别对于滑动土体厚度大于 30m 的厚重型 滑坡 通过削方减载较容易实现安全系数的提高 削方减载最大的缺点是 开挖扰动对环境有负面作用 应 力释放及地下水朝开挖面出溢产生的渗压力等作用 容易引致 周边土体的牵动 产生新的变形体 滑坡体后部削方减载的弃土 或者其他建筑物开挖的弃渣 如果土质较好 可利用其在滑坡前缘填土反压 统计分析表明 如果将滑坡体上部 滑动区 的体积减重 4 同时等量反压回 填到坡脚 阻滑区 可使滑坡体的稳定安全系数增加 10 2 2 地表防渗及地表排水 滑坡的发生和发展与地表水的危害有密切的关系 从滑坡 体周边汇集的地表水 降雨的渗透以及泉水 池沼及渠道的再 渗透 容易诱发滑坡 或使滑坡活动激化 所以 凡滑坡地区 的防治工程 地表防渗排水措施都是必要的 地表防渗及排水 措施易于实施 投资少 收效快 虽然单独使用并不一定能使 滑坡稳定 但实践证明 它有减缓滑坡运动的作用 尤其当地 下水是滑坡运动的主控因素时 地表防渗及排水措施可以阻隔 地下水的补充来源 控制滑坡的发展 为滑坡整治争取宝贵的 时间 2 3 地下排水 地下水对滑坡稳定性产生负面作用主要表现在两个方面 地下水孔隙水压力产生的荷载作用 地下水对滑体和滑带 土的物理力学性质产生的理化作用 因此 排除滑坡体地下水 的目的 减小孔隙水压力 提高滑坡体稳定安全系数 降低 滑体内 特别是滑动剪切带附近土体的含水率 改善土体的物 理力学性能 一般情况下 排除地下水工程大体可分为排除浅层地下水 和排除深层地下水两类 如果需要截断滑坡区外地下水的流入 还包括拦截滑坡区外地下水和排除来自滑动面下基岩中的地下 水 2 4 前缘护脚 滑坡前缘因河流或沟谷水流的冲刷而诱发滑坡的例子在自 然界中是十分普遍的 治理的一般措施是直接在滑坡前缘采取 抛石 堆砌石笼 浆砌块石 混凝土等护脚 以使滑坡坡脚免 受水流的冲蚀 对水库岸边的滑坡体 在滑坡前缘的上游地段 修筑丁坝 让滑坡前缘形成回流区 使泥沙淤积在滑坡前缘 可对滑坡起支撑作用 山区一些滑坡体的前缘受到沟谷水流的 长期冲刷 随着沟谷的不断深切与展宽 常因沟坡岩土体失稳 而诱发滑坡 在滑坡的下游地段修筑小型堤坝 利用堤坝将水 位雍高 在滑坡前缘形成静水 阻止沟谷的继续下切 并利用 淤积的固体物稳定滑坡坡脚 可使滑坡体保持长期的稳定 2 5 抗滑桩 抗滑桩是依靠桩嵌入较坚硬稳定的地层中 桩与桩周岩土 体相互嵌固并将滑坡推力传递到稳定地层 利用稳定地层的锚 固作用和被动抗力来平衡滑坡推力 是一种大截面侧向受荷的 抗滑支撑建筑物 抗滑桩适用于以下的情况 滑坡体中有一个明显的滑动 剪切面 滑动剪切面以下是较完整的基岩 或者是密实的稳定 基础 能提供足够的锚固力 应该注意的是 只有当抗滑桩受 到滑坡推力且桩顶发生位移时才能产生抗滑力 所以 桩顶将 有位移是必然的 因此 应避免将这种桩用于其它惧怕变形的 建筑物的基础 抗滑桩的受力机理十分复杂 尽管在工程实践中得到了广 泛的应用 但其结构设计与计算方法并不成熟 特别是土体在 桩周或桩间移动时 桩与土的相互作用机制等认识还有待完善 因此 不是学会了计算方法或学会使用计算软件 就能设计出 合理的抗滑桩结构 计算结果只是根据你选定的计算方法及计 算参数所得到的输出 其正确与否取决于你的输入 抗滑桩的 设计最重要的工作是认真研究抗滑桩的荷载与抗力的分布规律 确定合适的计算参数 选取恰当的计算方法 桩的截面形状主要有圆形和矩形两种 由于在截面积相同 的条件下 矩形截面的抗弯惯性矩较圆形截面的大许多 所以 从抗滑桩的受力条件和节省投资的角度 以采用正面一边较短 侧面一边较长的矩形截面桩为好 但是矩形截面的抗滑桩只能 适用于滑坡推力方向明确 且只可能朝单一方向滑动的滑坡体 当滑坡的滑动面形态复杂 滑动推力的方向并非很明确时 抗 滑桩可能并非只承受单一方向的推力作用 这时以采用可满足 不同方向受力的圆形截面桩为好 抗滑桩桩顶高度一般与滑坡地面齐平 随着滑动面以上的 滑体土层厚度增大 滑动面以上的抗滑桩高度相应增加 桩体 承受的滑坡推力的合力作用点则随之增高 桩身的弯矩增大 配筋量增大 同理 如果单根抗滑桩的其余条件相同 则随着 滑动面以上的桩高增加 所能承担的滑动推力将很快递减 为 了增加单根桩的加固能力 水布垭大岩淌滑坡治理研究采用了 将桩顶埋入滑坡体内一定深度的 沉头矮桩 当桩体断面与配 筋量等条件相同时 沉头矮桩的加固力较普通桩增加很多 2 6 格构锚固 从 20 世纪 90 年代以来 格构锚固在我国中 小型滑坡处 理和人工边坡加固工程中得到广泛应用 结构上主要由预应力 或非预应力锚索 杆 与混凝土格架组成 其中 混凝土格架 可以预制 也可以现浇 是锚索 杆 锚固或张拉后压紧坡面 的受弯构件 在维护边坡整体和局部稳定的过程中 起支撑骨 架和传力的作用 锚索或锚杆则像一排排钉子 把滑坡体与下部 的不动体紧紧地钉在一起 使滑坡体不得移动 当滑坡处于非 稳定时期 尤其当削坡减载受到限制时 采取这种措施较为合 适 格构锚固的优点有 结构受力明确 加固效果可靠 能较好 地适应地形 变形协调能力强 机械化施工速度快 不存在地下作 业的安全问题 外观整齐美观 后期维护与检修方便 2 7 挡土墙 挡土墙是一种古老而常用的支撑建筑物 在滑坡治理工程 中 挡土墙由于受到自身结构稳定的限制 不大可能有效提高 滑坡体的抗滑稳定安全系数 对于大型滑坡尤其如此 因此 挡土墙只能适用于小型滑坡的抗滑加固 在大中型滑坡治理工 程中 挡土墙往往只能作为综合治理措施的一个组成部分 滑坡治理的抗滑挡墙所受推力的大小 方向 分布及作用 点 与一般的库仑土压力相比 有很大的不同 例如处于缓慢 移动阶段的滑坡推力 相当于库仑静止土压力的 3 倍以上 抗 滑挡墙的支撑力常常由滑坡剩余推力所控制 为安全起见 正 确的做法是 同时计算出滑坡剩余推力和墙后的库仑土压力 采用较大者作为抗滑挡墙的设计荷载 抗滑挡墙按滑坡推力设 计以后 仍应按墙后的主动土压力验算全墙的稳定性及基底应 力 并验算墙体各个截面的拉 剪 压应力等是否满足结构要 求 工程中由基础承载能力不足而导致挡土墙变形破坏的实例 很多 在软弱地基上修筑刚性挡土墙是不妥的 挡土墙结构设 计图中 对基础的承载能力应该提出明确的要求 墙基开挖到 设计深度以后 必须对基础的承载力进行确认 挡土墙的施工应关注两个方面的问题 首先避免墙基的开 挖影响滑坡稳定 开挖应安排在旱季进行 从滑坡体两侧向中 间分段 跳槽 支撑开挖 防止滑坡前缘大断面临空 其次保 证挡土墙的施工质量 据调查 挡土墙失效的众多事例中 有 50 以上是由于施工质量不好而导致挡土墙结构受力不满足要 求而破坏 3 水布垭坝区典型滑坡治理方案 3 1 大岩淌滑坡体 在水布垭坝址区分布的大型滑坡体中 大岩淌滑坡体离大 坝 电站 泄洪等建筑物最近 位于左岸大崖以东脚下 距坝 轴线 800 余米 距溢洪道挑流鼻坎 300 余米 距泄洪最大挑距 冲坑 60 余米 对岸是地下电站尾水出口 滑坡体总面积 0 196km2 滑体厚度一般 25 40m 最厚约 64 8m 总体积约 588 万 m3 大岩淌滑坡体在水布垭工程建设开工前的天然状 态下自身的稳定性较好 总体处于稳定状态 天然现状安全系 数在 1 15 以上 如果没有外来的扰动与破坏 其天然现状稳定 性是可持续的 大岩淌滑坡体所处位置十分显要 是水布垭水利枢纽坝址 区滑坡体群中离枢纽主要建筑物最近 规模巨大 受到的破坏 最严重 失稳带来的后果也最严重的滑体 根据其重要性 规 模 参数取值 现状稳定性 滑坡治理安全标准的制定采用了 维持现状 的方法 以大岩淌滑坡体天然安全状况为准 不再将 安全系数进一步提高 而是采取补偿措施 将各种不利影响导 致滑坡体安全系数下降的部分进行还原 维持其天然状况下的 稳定安全系数 k 1 15 水布垭水利工程的建设 对大岩淌滑坡体稳定性产生的不 利影响主要有 施工期滑坡体用于施工场地 大型公路的开挖 和施工营地的运用对滑坡体地形改造强烈 地表植被破坏严重 对安全系数的影响虽然无法定量估计 但这种破坏作用往往是 许多滑坡失稳的根本原因 滑坡体前缘就是泄洪消能区 防淘 墙施工开挖切脚的效应 使滑坡体安全系数降低 0 02 0 05 相当于损失单宽阻滑力 200 500t m 泄洪雾化强降雨和对滑 坡前缘的强烈冲刷 如果滑体内地下水位抬升 0 1h 安全系数 将下降 0 05 0 06 泄洪强烈冲刷将降低滑坡前缘的局部稳定性 对滑坡体整体稳定的削弱作用是不可忽略的 针对上述各种不利影响因素 大岩淌滑坡治理采用抗滑桩 支挡加固 防淘墙及混凝土护岸 地表防渗 地下排水的综合 防治处理方案 3 2 台子上滑坡体 台子上滑坡体位于清江左岸 在大岩淌滑坡体的下游 距 大岩淌滑坡体 240m 上距坝轴线 1300m 是基岩微顺层滑坡 滑坡体总面积 0 21km 2 滑体一般厚 35 40m 最厚 53m 左右 滑坡体总方量 780 万 m3 滑坡体位于水电站下游不远 工程施工与运行时 由于修建公路 办公及生活基地 泄洪冲刷 雾化雨等人为的 集中活动影响 对滑坡体稳定性构成不利影响 在水布垭电站工程开工以前的自然条件下 台子上滑坡体 的整体稳定性是可持续的 现状安全系数在 1 05 左右 敏感性 分析结果表明 如果因自然条件的破坏 滑带土的内摩擦角每 下降 1 或者地下水位每抬高 10 安全系数将下降 0 05 左右 根据这种下降幅度来判断 可以肯定 如果不加以严格的保护 台子上滑坡体在工程荷载的作用下 安全系数很容易降到 1 0 以下 失稳的可能性很大 如此庞大的滑坡体一旦发生整体失 稳危机 人工的力量根本无法挽救 试图通过工程加固手段来 提高其整体稳定安全系数 是不可取的 台子上滑坡体防治工程的设计标准及基本思路是 采取多 种保护措施 防止滑坡体的安全系数下降 确保维持滑坡体的 天然稳定 不采用工程加固措施提高其整体稳定安全系数 对台子上滑坡体采取的保护措施有 外部维护管理 建 立严格的管理制度和责任制 遵循 尽力保护 破坏补偿 的原 则 禁止一切可能破坏或扰动滑坡体自然环境的人为活动 在 滑坡体上修筑建筑物 必须修复因用地而遭破坏的原有地表覆 盖和迳流条件