牵引式滑坡整治浅析

牵引式滑坡整治浅析

1牵引式滑坡抗滑加固技术滑动滑动滑动滑动滑动滑动滑动滑动倾斜的风险通常是，由于侵蚀或人工倾斜的斜坡，斜坡的表面会变陡，导致不稳定，后面会出现裂缝。随着变形的发展，后板后的变形也会发生变化，导致滑斜体向后发展，最终形成较大且相对稳定的区域。牵引式滑坡的滑体主要是松散层、软弱夹层或古滑坡体、蠕变体,在山区进行的高速公路切方边坡中,会遇到大量的牵引式滑坡。由于牵引式滑坡有逐级向上发展的特性,当滑坡发生并向上发展后,显示出的滑动范围、滑体量增大,在进行加固处理时,需使边坡达到1.25以上的安全系数,增加了加固工程量。若在工程切方前对潜在失稳的坡体进行工程地质调查,当边坡体上部有向上大面积发展的趋势,或滑坡发展将造成大方量的滑体或者边坡上部有重要的建筑物如居民点、高压电塔基础、通信塔等情况时,可以在切方前对自然坡体进行抗滑加固,保持原坡上地面形态,使潜在滑带抗滑参数保持原有性质,这样能充分利用原有坡体的固有抗滑强度,减少加固工程量,即使有的牵引式滑坡向上有一定程度的发展,由于长期自然坡体是稳定的,在处理时也只需考虑切坡后最初产生的滑体,在对其进行有效加固后,后部斜坡体将不会因前部失稳而向后产生连锁反应。然而现实工程处理时,往往将多期的牵引滑动视作一个整体滑动,加固处理时采取非常强的加固措施,这可能造成工程的极大浪费,因此对牵引式滑坡特征进行分析,并对潜在滑体进行主动和被动加固的比较分析,对边坡设计、监理、施工等有很强的工程参考指导意义。2土体的斜坡带牵引式滑坡一般发生在断裂带、堆积层、风化带及岩土体的软弱夹层所组成的斜坡地带,自下而上发展,规模不断扩大。影响牵引式滑坡的主要因素有地层岩性、微地貌特征、气象与水文条件以及人类工程活动等。2.1斜截面为硬地层的斜坡开挖路堑的坡脚是牵引式滑坡的主要诱发因素。在自然条件下,断裂带、堆积层、风化带及岩土体的软弱夹层所组成的斜坡处在稳定或略高于极限平衡状态,坡脚是重要的阻滑段,切坡脚后,斜坡临空高度增加,抗滑力减小,导致切坡后的斜坡产生变形,坡面出现裂缝。2.2滑动面为复合面地下水对人工切坡主要有4个方面的作用:第一,地下水浸润线下降或变陡。切坡改变了原有的微地貌,路堑切坡使原地下水平缓浸润线阻断,出水口下移,浸润线变陡。同时切坡后产生的牵引变形裂缝为地下水下渗提供了通道,在有相对隔水层的地段,裂缝可能会穿透隔水层,使地表水通过裂缝下渗到边坡的更深部,完全改变自然地貌条件下的地下水渗透路径。第二,软化潜在滑动面。滑动面不论是单一软弱夹层还是复杂的软岩或土体介质,都有遇水软化的特性,滑动面滑动时,有部分软化和整体软化的区别,如文献所述。部分软化已导致边坡部分变形、房屋开裂;整体软化后,强度迅速下降,导致滑体的快速变形,并使嵌入路基下方与滑面呈大角度斜交的抗滑岩体产生溃屈隆起破坏。此外,软化还有短期与长期之分。短期软化时就可使处在极限平衡状态或略高于平衡状态的坡体产生变形,按此条件整治的边坡若不采取封堵、排水等措施,整治后仍可变形失稳,因为坡体产生变形后反分析计算所得的滑坡体抗剪强度只是当前的残余强度;而长期进一步软化后的长期强度仍可下降,如文献中所述,产生变形失稳的滑动面抗剪强度在长期软化条件下,若滑动面摩擦角ϕ值不变,黏聚力c值进一步软化后下降为原计算值的42%,若c值不变,tanϕ值下降为原计算值的85%。第三,增大滑体重度。在持续强降雨条件下,滑体趋于饱和,使滑体重度增加,下滑力也随之增加。第四,静、动水压力的影响。持续降水条件下,在有一定深度的节理和拉裂面内地表水沿节理面或破裂面下渗,导致滑坡体产生一定的静水压力,同时浸润线变陡将使得坡体内的动水压力变大。2.3风化泥灰岩滑坡裂缝的形态随着裂缝的扩展、地表雨水的下渗、滑动面抗剪强度的进一步下降以及临空面处位移的扩大,滑移体背后的土体将产生新的临空,从而会出现新的滑动。如图1,滑体上部为低液限黏土,中间为高液限黏土,下部为全强风化泥灰岩,滑床为弱风化泥灰岩,滑出口处为全强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩的界面,2000年11月已出现滑坡裂缝,最远处距坡脚33m,随着滑坡的发展,裂缝向后继续发展,2001年2月,最远处的裂缝距坡脚51m,再继续发展,最后到2001年5月时,最远裂缝已距离坡脚达82m。在如此平缓的地段,滑体厚度仅约8m的滑体内,随着滑坡的发展和滑动面强度的逐步下降,最后竟演变成面积较大的中型滑坡体。3加固前边坡潜在滑动面被动加固是指切坡时,改变了原斜坡地表形态,斜坡由稳定状态过渡到极限平衡状态,坡体发生变形,地表水通过变形裂缝下渗到潜在滑动带,使滑带抗剪强度进一步下降,斜坡抗滑力减小,滑动范围扩大,此时对边坡的加固称为被动加固。主动加固是指切坡前,根据初步计算分析或工程类比,确定坡体有潜在滑动趋势,为保持切坡坡体地面形态,使潜在滑带抗滑参数保持原有性质,防止潜在滑带抗滑参数下降造成工程损失,在切坡前或未产生变形前的切坡过程中对边坡的加固称为主动加固。对路堑边坡的加固,一般是要求主动加固防护,对于软岩及构成潜在牵引式滑坡的松散软弱层,更要求开挖一级加固防护一级,但是由于边坡工程地质条件的复杂性,对潜在滑体滑动面判断不准,或对潜在滑动面抗滑能力认识不足(即过高地估计了滑动面的抗滑指标),从而导致开挖边坡失稳。此外还有些边坡没有来得及加固防护就已经出现变形、裂缝,最后导致滑坡。虽然对边坡的稳定性加固防护是采用主动方式,但对出现边坡失稳的滑坡往往是被动的,即在滑坡发生以后才采用加固处理措施,没有在边坡开挖前对潜在滑坡进行主动加固处理。3.1破碎带、堆积层、风化带由于牵引式滑坡滑动面的组成物质主要是断裂破碎带、堆积层、风化带及岩土体的软弱夹层,它有遇水软化的特性,还有逐级向上发展的特性,被动加固主要存在以下4个方面的问题。(1)滑动面为硬脆材料潜在滑动面的物质组成复杂,抗剪强度随雨水软化而下降,c值下降极为明显,最大可达80%,而tanϕ值一般下降5%~20%。潜在滑动面c,ϕ值下降并不代表整个滑动面都是统一下降,实际边坡中有的部位(如集水地带或节理裂隙发育带)在雨水的作用下抗滑指标明显下降,可能已达到软化长期强度,而其它部位下降的幅度则较小,且还有进一步下降潜势,即软化下降在整个滑动面上是不均匀的。局部部位抗滑强度下降明显时,在边坡上就可产生变形裂缝,当变形继续发展并受到持续降雨影响时,雨水向已经移动变形的滑动面渗透,滑动面局部的软化下降就演化为整体软化下降,抗滑力随之迅速下降,下滑力很快超过抗滑力,从而导致滑坡的快速移动变形。还有相当多的潜在滑动面软化是随雨水、地下水的下渗和坡体变形而逐渐发展,滑动面的抗滑强度指标从当前状态的强度转化为长期强度,抗滑指标呈现显著下降。例如在某公路k56+300的泥质灰岩中,夹有12cm的泥岩夹层,正常状态下为一完整的岩石,而充分软化后则变成松软的泥土,该泥岩正常室内试验结果为ϕ=22~26°,c=30~50kPa,而充分软化后的室内试验结果为ϕ=6°左右,c=6~12kPa。我国部分水利工程现场大剪切试验成果显示:夹层软化后,tanϕ下降5%~30%(大部分在5%~20%),c值下降30%~80%。湖南潭邵高速公路k90+940处的软弱夹层滑坡,滑坡面积约6000m2,开始出现滑动时,滑动面抗滑指标已有所下降,但没有达到它的长期强度值,此时的抗滑指标计算反分析结果为ϕ=11.5°,c=8.2kPa,由于对滑坡裂缝没有采取封堵,裂缝外也没有截排水措施,使得山外的雨水直接流向滑体,雨水通过裂隙、空隙渗透流向滑动面,使滑面变成过水通道,削坡减载已稳定的边坡在半年后又出现失稳,根据反分析计算结果,此时滑动面强度指标为ϕ=10.5°,c=5.76kPa,这是整个约6000m2滑动面综合进一步软化到长期强度的结果。由以上结果可以看出,随着滑动面的软化,抗剪强度指标呈显著下降。(2)自然坡脚稳定性随着工程切坡的进行,边坡的临空高度将增加,坡率将变陡,切除了自然坡脚的抗滑段,边坡会出现失稳滑动。随着地表雨水、地下水的渗透,抗滑强度的进一步下降,裂缝后的坡体将会出现新的失稳破坏,图1为典型的牵引式渐进破坏,若斜坡更陡,滑坡范围还将扩大到更远。(3)边坡失稳造成的工程损失由于对松散体认识不足,切坡时虽然稳定并有一定的加固措施,但是随着坡体进一步渗水软化,潜在滑动面强度进一步下降,造成已完工的边坡出现失稳,这在山区松软层地带屡见不鲜,导致了大量的工程损失,首先是将已完成的加固防护工程摧毁,其次是滑动范围的扩大也增大了以后边坡加固和防护的范围,再则是破坏了原地表的建筑物,如房屋、高压电塔和通信塔基以及其它建筑物等,最后是由于潜在滑动面抗滑指标下降,所需的抗滑力也随之增大,导致加固费用增加,同时也延长了工期,导致了工程的间接损失。(4)工工过程中造成环境破坏山区的斜坡地带,普遍有较好的森林植被和耕地,切方施工过程中,滑坡不断向上发展,多次征地,使得大片已生长30年以上的松林被毁,或者将非常有限的山区耕地破坏,使山体一侧变成裸露的岩土,造成环境资源的破坏。3.2滑动面参数分析对于已出现牵引式滑坡的边坡一般是采用削坡减载和加固处理,或者将两者结合起来。加固处理的方式主要以抗滑桩、锚杆(索)框架梁加固为主,对于较低的路堑失稳边坡,可以采用挡墙加固,每延米被动加固力主要与潜在滑动面位置的确定、滑动面强度和滑动范围等因素有关。滑动面抗剪强度主要依据工程经验类比及反分析计算确定。在水利水电工程中对软弱夹层、松软结构层进行了大量现场试验,并取得了相应的抗滑强度参数,了解这些参数的工程地质背景和试验条件,再结合失稳边坡的工程地质条件,可以大致确定滑动面的抗剪强度参数;工程中有广泛的类似失稳边坡调查分析,收集整理这些边坡反分析计算得到强度参数,对失稳边坡滑动面强度参数的确定有极大帮助;再有就是依据现场已失稳边坡进行的反分析计算工作确定滑动面参数。主要通过这3种方式的综合分析,能较为准确地确定滑动面抗剪强度参数。由于滑动面抗剪强度参数受地下水、风化等因素的影响显著,对已失稳的边坡进行抗滑参数的计算分析时还要确定当前滑体所处的状态,加固处理后是否还会进一步软化。若依据当前抗滑强度进行的加固处理在工程进行中以及以后会进一步软化,则滑体抗滑力会进一步下降,加固处理的安全系数也随之降低;反之,如果处理后抗滑力再不可能降低,甚至通过加固处理如深层排水措施,使得较深层的地下水迅速排出,则可能提高依据当前失稳边坡状态进行加固处理的安全系数。牵引式滑坡有逐级向上发展的特性,如果失稳边坡处理不及时,失稳边坡有一个充分的向下变形,而失稳体后面的斜坡在充分变形后形成的新临空体也会产生失稳,这样逐级向上发展,可使滑坡体扩大到很大的范围,如图1所示的滑坡体。这些后期向上发展的失稳斜坡在自然斜坡中本是相对稳定的,只是由于初期的切坡临空引起坡体失稳,临空后产生裂缝并遇水软化的变形发展结果。若最初的临空失稳边坡能迅速加固处理,则不会导致以后的牵引式连锁斜坡失稳,而且加固处理失稳范围较小,所需的加固力也较小。当已引起牵引式滑坡的连锁反应时,由于后部失稳边坡产生了变形裂缝,滑动面抗剪强度已经有所下降,对此也要提供相应的抗滑力和加固力,但是是否需要提供1.25以上的安全系数值得探讨。在最初的切方临空失稳并迅速处理时,工程加固处理只需考虑此时失稳边坡加固到安全系数1.25以上,失稳后面的斜坡体是不需考虑额外的加固力的。现在失稳后面的斜坡体已产生变形裂缝,若能采取措施保证不继续软化,则对已经产生裂缝并有所软化的部分坡体提供相应的抗滑力补偿就能保证斜坡的长期稳定。图1中(2),(3)滑体是(1)失稳后的牵引连锁反应,对(2),(3)部分采取抗滑力补偿,即将(2),(3)部分由加固前小于或等于1.0的安全系数加固到1.05~1.15,而对于最初的失稳体(1)的安全系数加固到1.25以上,以保证(1)不会失稳变形,并对后面的滑体有一定的阻滑作用。实际工程处理时,在(1)滑体前缘坡顶处设置的一排φ150cm、间距5m的抗滑桩即是按此思路设计的结果,若按最大滑体加固到k=1.25以上,则需两排抗滑桩,按牵引滑动补偿加固的一排抗滑桩经过5年时间检验,证明已达到长期稳定。3.3路堑边坡变形和强度下降的情况下,边坡出现小的滑坡自然斜坡在长期地质作用下,潜在滑动面抗剪强度已相对稳定。切坡后,由于抗滑力下降,斜坡从稳定状态过渡到极限平衡状态,产生新的变形,潜在滑动面也随着斜坡变形、雨水入渗使其抗剪强度下降。主动加固就是预先补充由于切坡而产生的斜坡抗滑力减小,阻止斜坡变形,并防止潜在滑动面抗剪强度进一步下降的一种预先加固措施,相对被动加固,能达到事半功倍的效果。主动加固是在对边坡工程地质条件和各项影响因素发展有充分认识的基础上采取的预先加固。许多边坡发展成滑坡可经过3个阶段:第一阶段时若不及时进行主动加固防护,随着变形和坡体强度的下降,将出现小的滑坡现象;随着变形和强度下降的发展、滑坡范围扩大,危害和损失也将发展,此为第二阶段;第三阶段是边坡出现整体性的滑动破坏,坡体强度显著下降,地表附着设施损毁甚至造成人员生命财产损失。主动加固则是在第一阶段进行,部分不得已在第二阶段及时进行,避免发展到第三阶段。拟切方的路堑边坡如果有下列情况之一时应在切方施工时对斜坡进行预先加固:1)斜坡上有重要建筑物,如高压线塔、通信塔、铁路公路或居民民房;2)斜坡延伸较远,一旦切方易导致牵引滑坡向上发展,产生较大规模破坏,滑坡量较大;3)斜坡上有大片林地或较好的耕地,切方易导致牵引滑坡,造成大片林地或耕地损毁。对潜在牵引性滑坡,依据滑体岩土的性质、地形地貌等因素采取抗滑桩预先主动加固为主的措施,能有效避免切方造成的大范围牵引滑动。主动加固有以下优点:1)充分利用斜坡岩土体固有的抗滑强度,切方前对斜坡进行主动加固,避免切方造成的坡体变形裂缝,阻止雨水、地下水下渗对潜在滑动面的软化;2)利用原有抗滑力,减少加固力,降低工程造价。由于主动加固没有造成坡体变形失稳以及牵引后面的斜坡变形,能保持坡体潜在滑动面长期形成的固有抗滑参数,所需主动加固力只是切坡临空造成的抗滑力损失以及大于1.25的安全系数储备,这比被动加固力要小得多;3)其它原因,如避免重复征地,减少对环境资源的破坏等。主动加固力主要依据勘察资料和有经验的工程地质人员,根据边坡专家对重要地段进行的现场调查,综合分析后确定潜在滑动面的位置,并依据工程类比和反分析计算资料确定潜在滑动范围和滑动面参数,必要时补充勘探资料,准确确定滑动面的关键参数,然后进行计算分析,确定主动加固范围和加固力。4抗滑桩变形引起边坡滑动图2、图3是某高速公路的实例。图2代表的坡面为低凹山坡,左侧山坡向外还延伸150多m,与图2一致的斜坡还要向上延伸约70m,高程为250m,地下水主要为地表雨水下渗,斜坡上部主要为块石土,厚度10~18m,下部为硅化灰岩夹页岩,潜在滑动面为岩土接触带,如果完全依靠削坡减载来达到边坡稳定,则削坡的工程量大,征地量也大,将毁坏大片生长超过25年的松树林带,且削坡造成自然斜坡临空,也可能产生新的失稳,故建议采用抗滑桩对斜坡进行开挖前的主动加固。在未开挖此段之前,已有边坡出现滑动(见图3),依据工程经验类比分析和图3的反分析计算,确定图2的潜在滑动带的抗滑参数为ϕ=21°,c=14.8kPa,据此建议在设计的第二级台阶内侧设置φ=150cm间距5m的抗滑桩Ⅰ,再结合削坡减载可以使边坡稳定。实际施工中,由于种种原因没有进行抗滑桩主动预先加固,在进行施工开挖切至岩土界面(即潜在滑动面位置)以下不久,斜坡上部出现变形裂缝,初始的最远裂缝距路基轴线86m,后来向斜坡上发展到122m,最后发展到图2所示的A点,距路基轴线179m,此时由于裂缝已产生,滑动面抗剪强度已下降,根据反分析计算,此时滑动面的ϕ=18°,c=8.8kPa,一排抗滑桩所提供的抗滑力已不能有效地阻挡滑动,根据计算分析,建议在距路基轴线80m处另设置一排间距5m,φ=150cm的抗滑桩Ⅱ,最后仅落实了上排抗滑桩Ⅱ。结果在路基工程完工,高速公路通车前出现抗滑桩Ⅱ以下的边坡滑动,即产生第二次滑动面,块石土在抗滑桩Ⅱ前下错了约3m,滑出口高程167m,为岩