萬金彪 陳小松 向雄 鄒勇 潘朝

摘要：為解決在工程實施工程中遇到的順層滑坡抗滑參數(shù)難以選取問題，以鄂北水資源配置工程楊樓隧洞出口左側(cè)順層邊坡滑坡為例，選取了剛體滑移一拉裂模型、極限平衡理論對其進行反演分析，并對反演結(jié)果進行了篩選，得出滑面抗滑參數(shù)，并以此滑坡為實踐對象，依據(jù)滑面參數(shù)采取支護措施后，經(jīng)過8個月變形監(jiān)測，邊坡變形收斂，趨于穩(wěn)定，結(jié)果表明該抗剪參數(shù)取值方法簡單可操作，且取值準確、可靠，能滿足工程實踐需求。

關(guān)鍵詞：順層邊坡;抗滑參數(shù)選取;剛體滑移;拉裂模型;極限平衡理論;鄂北水資源配置工程

中圖法分類號：TU457

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.005

1 研究背景

根據(jù)《邊坡與滑坡工程治理》…，邊坡是指一切由于工程建設(shè)而開挖與填筑的斜坡體;而滑坡按其形成原因又分為自然滑坡以及工程滑坡。本文研究的順層巖質(zhì)邊坡屬于工程滑坡。

自20世紀80年代以來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度增大以及城鎮(zhèn)化進程的加快，在工程領(lǐng)域中涉及到邊坡穩(wěn)定性問題也越來越多。為有效控制因邊坡失穩(wěn)造成的經(jīng)濟損失，有必要對其穩(wěn)定性進行科學評價，并基于評價結(jié)論采取相應(yīng)經(jīng)濟合理的工程措施。在邊坡穩(wěn)定性分析中，滑坡體黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ值的確定對分析結(jié)果準確與否起決定性作用。目前確定邊坡與滑坡參數(shù)的方法主要有試驗法、經(jīng)驗法和反演法[2]。試驗法包括室內(nèi)試驗和原位試驗，雖然室內(nèi)試驗有一定代表性，但其容易受取樣擾動，不能完整反映巖土體情況，原位試驗可靠，但成本較高，且不利于應(yīng)對一些緊急工況;經(jīng)驗法參數(shù)獲取速度較快，但過于依賴工程師職業(yè)素養(yǎng)，且易受人為主觀影響;反演法兼顧參數(shù)取值的準確性和即時性，在滑動邊坡穩(wěn)定性評價中得以普遍應(yīng)用。目前用于參數(shù)反演的方法主要有極限平衡法、反分析法等。

本文以鄂北水資源配制工程楊樓隧洞出口左側(cè)邊坡滑坡為例，采取基于極限平衡理論的參數(shù)反演分析方法，確定其抗剪參數(shù)取值，并依據(jù)參數(shù)結(jié)果，對邊坡支護提供依據(jù)。

2 工程概況

鄂北水資源配置工程楊樓隧洞出口位于襄陽市棗陽市興隆鎮(zhèn)楊家老莊附近。滑坡位于楊樓隧洞出口左岸。根據(jù)前期勘察以及現(xiàn)場踏勘，開挖坡體揭示巖性自上而下分別為：①第四系中更新統(tǒng)（ Q2ydl）閻莊組黏土，具弱膨脹性，層厚3-4 m;②震旦一青白口系耀嶺河群（ （Qn-Z1）yl）鈉長片巖，灰綠色，灰白色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，產(chǎn)狀為320°∠11°，在二級邊坡坡角處發(fā)育有產(chǎn)狀為220°∠17°泥質(zhì)夾層，外傾結(jié)構(gòu)面走向與邊坡夾角為24°，且含有內(nèi)傾結(jié)構(gòu)面，為順層邊坡。

該段基坑邊坡設(shè)計總高約22 m，分三級邊坡開挖，中間設(shè)置馬道，三級邊坡坡率為1：1.5，坡高5.5 m;二級邊坡坡率為1：0.75，坡高6m;一級邊坡坡率為1：0.75，高9.5 m。當開挖至二級馬道時，邊坡沿外傾軟弱結(jié)構(gòu)面220°∠ 17°發(fā)生滑動，隨后按坡率1：2對一級、二級邊坡進行削坡減載，并在一級設(shè)置邊坡監(jiān)測點。削坡完成后，邊坡并未保持穩(wěn)定，滑體仍沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生緩慢滑動。

滑坡后緣錯落高度0.5-1 m，前緣坡腳水平位移0.2-0.3 m，滑塌體寬約45 m，高12.84 m，坡面平均傾角25.6°，滑塌體后部出現(xiàn)數(shù)條裂縫（見圖1-2）。

初步判定滑坡原因如下：①判定分析邊坡巖體風化嚴重，呈強風化～全風化，強度較低，巖體呈破碎狀，又因受外傾軟弱結(jié)構(gòu)面220°∠17°影響，與坡面傾向基本一致，裂隙面為泥化層，平直光滑，結(jié)合極差;②隨著二級邊坡開挖完成，220°∠ 17°裂隙面上部巖體完全被切斷，臨坡一側(cè)開始沿220°∠17°產(chǎn)生卸荷并發(fā)生蠕動，隨著邊坡巖體變形積累，邊坡巖體向臨空面方向發(fā)生拉裂變形，在邊坡上部形成張裂縫，隨之后部巖土體出現(xiàn)新的臨空面，進而又引出后部巖土體的拉裂變形，從而形成后緣多處大型張拉裂縫。

3 滑坡穩(wěn)定性方法選取及參數(shù)反演計算

3.1 滑坡穩(wěn)定性分析方法選取

目前用于邊坡與滑坡抗剪強度反演的方法主要有極限平衡法、傳遞系數(shù)法和位移反分析法等。

根據(jù)現(xiàn)場實地勘查，本文針對楊樓隧洞出口滑坡滑移一拉裂破壞的特點[3]，以滑移一拉裂破壞模式下的順層滑坡為研究對象，采取基于極限平衡的剛體滑移模型，來反演此類滑坡結(jié)構(gòu)面的抗剪強度參數(shù)。邊坡主要剖面見圖3。

依據(jù)滑坡現(xiàn)場勘查結(jié)果，此滑坡可假定為剛體平面應(yīng)變問題，則根據(jù)剛體滑移模型，在重力的作用下，單位寬度的滑體，其抗滑力（R）、滑動力（T）以及安全系數(shù)（Fs）分別為

3.2 滑坡參數(shù)確定

3.2.1 穩(wěn)定系數(shù)確定

根據(jù)滑坡現(xiàn)場勘察和滑坡變形特點分析，并借鑒前人的研究成果[4]，結(jié)合表1來確定本文中滑坡的穩(wěn)定系數(shù)。由表1中取值及滑坡變形情況可知滑坡安全系數(shù)Fs<0.9，結(jié)合工程類比，將此滑坡安全系數(shù)取值設(shè)為0.8-0.9，文中分別取安全系數(shù)為0.8，0.85，0.9進行計算。

3.2.2 內(nèi)摩擦角（φ）確定

依據(jù)前期地質(zhì)試驗成果，結(jié)合現(xiàn)場滑面特點，并參考前人[5]對結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)的總結(jié)，常見結(jié)構(gòu)面取值見表2。由于本次研究中，滑面結(jié)構(gòu)為泥化層，結(jié)合極差，滑面傾角為17。，可初步劃定本文中滑坡內(nèi)摩擦角取值范圍為φ=[8°，11°]。

3.2.3 參數(shù)計算及校正

依據(jù)式（1），得出不同安全系數(shù)以及內(nèi)摩擦角下的滑動面黏聚力（c）取值情況見表3。

依據(jù)前人[5]對順層滑坡失穩(wěn)條件的研究，剛體滑移模式下的順層滑坡失穩(wěn)時的高度一定大于給定滑坡參數(shù)下的臨界邊坡高度，滑坡臨界高度表示為式中，Hcr為臨界邊坡高度，m;a為坡面傾角，（°）;β為滑面傾角，（°）;），為滑體加權(quán)平均重度。

將表3中的12組c、φ值代人式（2）中，得出各自參數(shù)下的邊坡臨界高度（見表4）。依據(jù)滑坡現(xiàn)場，取H=12.44≈Hcr，對滑坡參數(shù)取值進行修正。

從表4計算結(jié)果可知，只在安全系數(shù)Fs=0.9時，有一組參數(shù)值滿足邊坡高度要求，從而篩選出138+880處抗剪強度參數(shù)為c=8.17kPa，φ=8°。

4 邊坡加固及穩(wěn)定性分析

依據(jù)上述確定的滑面抗剪強度參數(shù)值，確定邊坡支護措施為：①在高程128.00 m處垂直馬道施打兩排注漿鋼管并進行注漿，鋼管長15 m，直徑108 mm，三角形布置，間距1.5 m，頂部澆筑寬1.8 m、高50 cm的混凝土使注漿鋼管連成一個整體，澆筑混凝土前每隔3m預(yù)埋一根φ5 cm長2m的排水管;②在高程129.00 m及高程130.50 m處平行于馬道方向施打兩排注漿鋼管并進行注漿，鋼管長15 m，直徑108 mm，三角形布置，間距1.5 m;高程132.50 m往上土體用小導管進行注漿，入巖5m，直徑40 mm，梅花形布置，間距2m，并沿坡面布設(shè)監(jiān)測點。

選取采取支護措施后2017年4月至2018年2月的邊坡變形數(shù)據(jù)，得到位移累積曲線（見圖4）。由圖4可知，X累積位移5 mm，Y，累積位移49 mm，沉降累積12 mm，邊坡變形整體趨于收斂。

5 結(jié)論

通過對鄂北水資源配置工程楊樓隧洞出口左岸滑坡分析得出：①通過反演的方式，能較好地滿足工程現(xiàn)場工況緊迫、參數(shù)準確的需要;②反演的參數(shù)準確與否，選取合適計算模型以及校正方法至關(guān)重要;③該方法通過反演得到了邊坡滑動面較準確的滑動參數(shù)，并為邊坡的有效支護提供了重要依據(jù)。

參考文獻：

[1]鄭穎人，邊坡與滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陳靜瑜.滑坡抗剪強度參數(shù)反演方法研究[D].長沙：中南大學，2014.

[3]董輝，張海明，傅鶴林，等.基于巴西劈裂試驗的順層板巖邊坡“滑移一拉裂”破壞研究[J].鐵道科學與工程學報，2014.11（3）：94-100.

[4] 王帆，宋文搏.滑坡計算參數(shù)反演分析及研究——以引漢濟渭工程梅子集鎮(zhèn)移民安置點邊坡為例[J].資源環(huán)境與工程，2012，26（5）：521-524.

[5]吉鋒.順層邊坡硬性結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)及工程技術(shù)研究[D].成都：成都理工大學，2008.

（編輯：唐湘茜）

作者簡介：萬金彪，男，工程師，碩士，主要從事水利水電工程地質(zhì)工作。E-mail： 812718237@qq.com