摘要:城市快速公路兩側(cè)的L山體邊坡對道路的安全運營具有重要影響，必須進行安全防護，對已有滑動趨勢的必須進行災(zāi)害治理。以華南快速干線上某L山體滑坡為例，分析了此滑坡治理工程的要點， 并針對這些問題提出了應(yīng)對措施，在此基礎(chǔ)上提出了滑坡工程的治理方案，詳細介紹了選擇此方案的依據(jù)與方案的具體措施，并采用有限元軟件對此滑坡工程的治理過程進行了數(shù)值模擬。數(shù)值分析的結(jié)果表明此滑坡治理方案合理有效，經(jīng)過治理該滑坡體可處于安全和穩(wěn)定狀態(tài)，不再對下方城市快速公路造成安全威脅。
關(guān)鍵詞:山體滑坡 ;滑坡治理;削坡減載;數(shù)值模擬
1引言
城市快速公路往往車流密集且連接著城市的重要區(qū)域，在城市運輸中具有重要意義，其安全性必須得到重視。某些城市快速路通過山區(qū)或丘陵地帶，道路兩側(cè)必然存在山體邊坡，山體邊坡在人為、地質(zhì)、氣候等因素的誘導(dǎo)下，往往存在著種種安全隱患，對城市快速公路的安全運營造成重要影響，因此對于城市快速公路兩側(cè)的山體邊坡要進行安全防護，對于已經(jīng)發(fā)展或即將發(fā)展為滑坡的必須進行災(zāi)害治理[1-3].本文介紹了華南快速干線上一山體滑坡治理的設(shè)計實例，并利用有限元軟件對滑坡在治理前后的穩(wěn)定性及對城市快速道路的影響進行了數(shù)值分析。
2工程概括
某山體滑坡位于華南快速干線石門堂山隧道北出口東側(cè)（圖1），地處剝蝕丘陵地貌區(qū)，滑坡體位于一向西突出的山咀的坡腳地帶，山體坡度陡峻，坡面巖土體主要由坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘土，全風化及強風化混合巖、片麻巖、片巖等組成。坡體表部的巖土體較軟弱，受降雨的影響，山體發(fā)生滑坡，導(dǎo)致坡腳華南快速干線路面隆起。路面隆起約20~30cm,道路內(nèi)側(cè)排水溝受到擠壓而使兩側(cè)的溝壁接合在一起，漿砌石溝體被破壞，滑坡后緣弧形拉張裂縫已貫通，形成弧形的拉裂圈，裂縫兩側(cè)出現(xiàn)了明顯的錯落，最大的錯落高度達1.6m.
滑坡位于山脊南西側(cè)的山坡上，呈下緩、上陡的凹形，下段坡度約25~30°，坡腳地段因受采石等開挖有多處高度8~10m的陡坎，上段坡度約40~45°，坡 面 植 被 茂 盛。根 據(jù) 勘 查 結(jié) 果 滑 坡 體 積 達55800m3,滑坡處于滑動變形和臨滑狀態(tài)，其穩(wěn)定性極差，在強降雨及持續(xù)降雨作用下隨時可能發(fā)生滑動破壞，直接威脅坡腳華南快速干線的安全和通行，必須進行地質(zhì)災(zāi)害治理。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定[4],此處滑坡防治工程等級定為一級，需按永久治理工程進行設(shè)計。
3地質(zhì)條件
該滑坡由坡積、殘積土及全風化混合巖組成，屬于堆積層（土質(zhì)）滑坡，滑坡區(qū)地層簡單，上部為第四系（Q）土層，下伏基巖為震旦系（Z）混合巖，按成因類型可劃分為人工填土層、坡積層、風化殘積層及基巖。巖土物理力學參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場條件和鉆探資料，并參考有關(guān)規(guī)范及地區(qū)經(jīng)驗，施工圖設(shè)計所采用的巖土物理力學參數(shù)見表1.其中滑動面參數(shù)經(jīng)過再次穩(wěn)定性分析和反演計算，采用粘聚力c=13kPa,內(nèi)摩擦角19.3°。
地下水類型主要由第四系松散巖類孔隙水和塊狀基巖類裂隙水。地下水屬于潛水，無壓或低壓，水位、水量隨雨旱季節(jié)變化明顯。由于風化裂隙往往發(fā)育不均、且多為閉合細小的裂隙，其透水性、富水性弱、不均勻。根據(jù)勘察資料，滑坡體上的鉆孔大多揭露地下水，各孔初次穩(wěn)定水位深度為0.50m~29.88m.
4滑坡治理設(shè)計方案及典型設(shè)計剖面
影響此山體滑坡穩(wěn)定性的因素包括低強度的邊坡巖土體、高陡的山坡和雨季連降暴雨等，因此，防治工程應(yīng)整體考慮，工程措施應(yīng)做到經(jīng)濟、安全、合理、可行�；碌刭|(zhì)災(zāi)害防治最直接的方法是工程治理，即對穩(wěn)定性差的滑坡地段進行抗滑支擋或者采取削方減載及相應(yīng)的支護措施，完善地表排水系統(tǒng)，盡量減少地表水入滲，保證坡體穩(wěn)定，消除滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。
根據(jù)滑坡的實際情況和設(shè)計經(jīng)驗，此滑坡治理擬采用的治理工程方案為“削坡減載+雙排抗滑樁支擋+格構(gòu)錨固+地表排水”.該方案的思路是通過對滑坡體進行削方減載，從而減小滑坡的下滑力；在坡腳修筑兩排抗滑樁板墻對滑坡進行支擋，增加滑坡的阻滑力；通過上述措施后使滑坡的穩(wěn)定性達到規(guī)范要求。對削坡后滑坡后壁出現(xiàn)的高陡邊坡采用錨桿格構(gòu)進行加固，以避免產(chǎn)生新的滑坡；在滑坡體周邊修筑截水溝，在削坡后的平臺上修筑橫向排水溝，避免地表水體進入滑坡體和坡面沖刷，從而增加滑坡的穩(wěn)定性；在削坡后的滑坡體采用格構(gòu)護坡防止坡面流對坡面的沖刷，從而保證坡面的完整；在坡面穴植灌木美化坡體。通過該方案的治理使滑坡達到安全、經(jīng)濟、美觀的目的。治理工程的總平面布置圖如圖2所示。
滑坡治理工程的典型剖面如圖3所示，可以清晰的看出整個治理方案的概況，即“削坡減載+雙排抗滑樁支擋+格構(gòu)錨固+地表排水”.由于滑坡規(guī)模較大，若不進行削坡減載，其支擋結(jié)構(gòu)規(guī)格將很大，配筋及施工將非常復(fù)雜，因此，對滑坡體采取削坡減載措施，具體為：將標高145m以上滑坡的土體削除，145m以下至第二排抗滑樁板墻頂125m標高間的坡體分兩級削坡，各級坡面高度10m,坡率1:2.0,坡面采用格構(gòu)護坡，格間培土種植綠化。將145m標高以上的滑坡體削除后，在滑坡的后壁將形成一處高陡的裸露邊坡，也對其采用分臺階削坡。臺階坡面高度10m,削坡坡率1:0.6,共分為四級，為避免滑坡后壁邊坡形成次生的滑坡、崩塌，對坡面采用錨（索）桿格構(gòu)進行加固。錨（索）桿布置采用方型布設(shè)，水平間距2.5m.垂直間距2.5m,每臺階面約有1排錨桿及3排錨索，其中錨桿桿體均采用Φ25螺紋鋼筋，桿長15m,錨桿成孔直徑不小于110mm,入射角15°。錨索桿體采用3根Φs15.2的鋼紋線，長度分別為32m及28m,自 由 段 長 度15 m,錨 索 鉆 孔 孔 徑 不 小 于130mm,入射角15°，錨索設(shè)計軸向拉力350kN,鎖定拉力250kN.
根據(jù)滑坡體的穩(wěn)定性分析和設(shè)計安全等級的要求，在削坡減載后，設(shè)置有兩排抗滑樁板墻。采用人工挖孔灌注樁，抗滑樁截面為矩形1.2×1.8m,樁芯距4.5m,長邊與坡向一致。樁長根據(jù)鉆探成果及現(xiàn)場調(diào)查分析滑動面位置，在不同位置樁長各不相同，嵌巖深度一般嵌入中風化基巖約5m.
在滑坡后緣有一片孤石區(qū)，因其上裂隙發(fā)育，形成大量的巖石分離塊體，有的塊體穩(wěn)定性差，已形成危石，隨時有向坡下崩塌、滾落的可能，為此，對該區(qū)個別危石采用爆破或機械破碎進行清除，然后對孤石區(qū)采用SNS柔性防護系統(tǒng)中的GPS2型主動防護系統(tǒng)進行圍護。
5滑坡治理過程的有限元分析
5.1分析方法
為了能全面、準確地分析治理前后滑坡的穩(wěn)定性及其對城市高速道路的影響，綜合考慮此滑坡治理的布置、與道路的位置關(guān)系以及滑坡巖土體強度參數(shù)等因素，本文選取了圖3所示的典型設(shè)計剖面進行了有限元計算，通過治理前后滑坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、塑性應(yīng)變以及水平位移等因素的變化，分析了滑坡體機構(gòu)對城市道路安全運營的影響。
5.2計算模型與分析過程
有限元分析假設(shè)滑坡體結(jié)構(gòu)為二維平面有限元，計算模型包括滑坡體結(jié)構(gòu)和抗滑支護結(jié)構(gòu)，滑坡體的巖土體本構(gòu)模型采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型，計算參數(shù)參照表1所示，抗滑支護結(jié)構(gòu)包括鉆孔樁和格構(gòu)梁，均采用梁單元進行模擬，錨桿和錨索則采用植入式桁架進行模擬。模型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)見圖4所示。根據(jù)實際情況和設(shè)計方案，本次滑坡治理工程的有限元計算簡化為3個工況進行，即：滑坡治理之前、削坡減載之后以及削坡并支護后。
分析過程為：首先根據(jù)滑坡體結(jié)構(gòu)的范圍、尺寸，建立數(shù)值計算模型；對巖土體進行物理力學參數(shù)的賦值，分析巖土體中地應(yīng)力分布特點，模擬巖土體的的初始地應(yīng)力場分布情況；再對滑坡體的削坡減載過程進行模擬，確定后續(xù)支護前土體和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況，以此作為基礎(chǔ)，再模擬分析滑坡治理和支護的過程，研究治理過程中滑坡體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形情況，進而對城市快速公路的運營安全是否造成影響進行評判。
5.3結(jié)果分析
數(shù)值計算可以得到滑坡體結(jié)構(gòu)在各個工況下的位移、應(yīng)力、塑性應(yīng)變等物理量的變化情況，同時，利用目前較為常用的強度折減法[5-6],也可以得到每種工況下的安全系數(shù)。本文以滑坡體結(jié)構(gòu)的等效塑性應(yīng)變?yōu)槔�，說明滑坡體結(jié)構(gòu)在治理前后的穩(wěn)定性變化情況（圖5）：（1）工況1,即滑坡體在治理之前，可以看出塑性應(yīng)變較大的區(qū)域在滑坡體中形成一條貫通的圓弧，且與勘察得出的滑動面基本吻合。通過強度折減法，得到此時的安全系數(shù)為0.915,可以認為此時若不進行治理，坡體必然會發(fā)生大規(guī)模的滑動，對城市快速路造成重大影響。（2）工況2,即進行削坡減載后，從滑坡體的塑性應(yīng)變分布情況可以看出，經(jīng)過削坡減載，滑坡體不再沿著原來的滑動面形成滑弧，最危險區(qū)域轉(zhuǎn)移到滑坡體后緣的陡峭區(qū)域，利用強度折減法得到此時的安全系數(shù)為1.125,但在滑坡體后緣形成的滑動面仍較為危險。（3）工況3,即進行削坡并支護后，從此時滑坡體的塑性應(yīng)變分布可以看出，滑坡體的塑性應(yīng)變值同前兩種工況相比明顯減小，未形成明顯的貫通圓弧。強度折減法求得此時的安全系數(shù)為1.625,可以認為經(jīng)過削坡和支護的治理措施，該滑坡體處于安全和穩(wěn)定狀態(tài)，不再對下方城市快速公路造成安全威脅。
6結(jié)論
依托華南快速干線一山體滑坡工程，針對此滑坡工程中的安全隱患提出了穩(wěn)妥、實用的治理方案，并利用有限元軟件對滑坡治理過程進行了數(shù)值模擬，得到如下結(jié)論：
（1）提出了合理的治理方案，即“削坡減載+雙排抗滑樁支擋+格構(gòu)錨固+地表排水”.
（2）利用有限元軟件對滑坡治理的過程進行了數(shù)值計算，結(jié)果表明滑坡體若不進行治理，則必然會繼續(xù)發(fā)展，對高速公路造成重要威脅，若只進行削坡處理，雖然可以使得滑坡體不再沿著原來的滑動面形成滑弧，但會在滑坡體后緣形成危險區(qū)域。采用本文推薦的治理方案，經(jīng)過削坡和支護的治理措施，該滑坡體處于安全和穩(wěn)定狀態(tài)，不再對下方城市快速公路造成安全威脅。
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