彭泽乾，彭 川
(1.陕西交通控股集团有限公司建设管理分公司，陕西 西安 710075；
2.中设工程咨询(重庆)股份有限公司城市发展研究中心，重庆 400025)
古滑坡是斜坡经过长期、复杂演化过程的产物，其自身稳定状态会随着内部因素、外界自然环境条件、人为因素影响而改变，尤其是工程建设过程中扰动破坏了原本处于相对稳定状态的坡体，导致古滑坡体的复活滑动[1-2]，会对工程建设和施工作业人员造成危害。
目前国内学者针对古滑坡体复活滑动机制做出了较多研究，文献[3]通过调查研究三峡库区滑坡灾害，提出在强降雨及水流侵蚀浸没后，外部存在不利外载时会引发古滑坡体复活滑动；
文献[4]通过调查研究唐家山马铃岩滑坡灾害，提出斜坡坡度是影响该处古滑坡体复活滑动的主要因素；
文献[5]通过调查研究八渡古滑坡复活滑动灾害，认为强降雨加快了原古滑坡体的蠕变变形直至复活滑动；
文献[6]通过调查研究庙子岩滑坡灾害，认为施工过程开挖边坡前缘形成临空面，后期雨水渗入加速复活滑动破坏；
文献[7]通过调查研究唐家湾滑坡灾害，认为河流侵蚀边坡前缘形成临空面，后期降雨渗入土体增大自重使后缘加载形成较大推力；
文献[8]通过研究瓦斯寨滑坡灾害，认为强震是影响古滑坡体复活滑动的主要因素，后续暴雨和前缘开挖导致原坡体复活滑动；
文献[9]通过总结前人研究成果，提出在研究古滑坡体复活滑动的影响因素时应该综合考虑斜坡坡度、地震、暴雨、灌溉、河流冲刷、水库蓄水泄水等各种内外因素。综合以上观点，虽然目前针对古滑坡体受扰失稳复活滑动机制研究理论还不够成熟，无法通用，必须结合工程建设项目实际情况作出进一步探究，才能预防并治理复活滑动灾害。
为了避免在山岭区高速公路修建过程中扰动在自然条件下已经趋于稳定(或欠稳定)的原有滑坡体，在建设过程中应及时勘察发现古滑坡体，研究其自身形成机制和复活机制，并根据现场实际进行安全、合理的工程治理。本文通过边坡稳定模拟分析软件，对不同工况和不同开挖时步进行模拟分析，结合施工现场实际情况分析出受扰失稳滑动原因并采取相应的工程处置措施，以期为类似工程提供借鉴。
处于稳定或欠稳定状态的古滑坡体在受到扰动后发生复活滑动失稳破坏的过程并非瞬时完成，而是随时间推移从坡体局部破坏向整体失稳渐进性变化的。此变化过程的快慢与内、外部影响因素作用在坡体的时间、位置和强度等有着密切联系[10-11]。边坡渐进性破坏失稳过程大致可分为起始阶段、扩展阶段和贯通阶段，如图1所示。
图1 渐进性破坏失稳过程
(1)起始阶段
如图1所示，在坡体内部BC段会首先形成滑动面的主滑段，剪切破坏首先发生于BC段的某一点处，并在此处产生一个逐渐扩展的滑裂面。
(2)扩展阶段
当主滑段上滑裂面向上逐渐扩展到B点时，由于B点前端的滑体对后部AB段产生牵引作用，AB段会发生由B点逐渐向A点扩展的拉裂破坏。
当主滑段上滑裂面向下逐渐扩展到C点时，由于C点后端的滑体对前部的CD段产生推挤作用，CD段会发生由C点逐渐向D点扩展的挤压剪切破坏。
(3)贯通阶段
当后部拉裂破坏逐渐延伸至A点以及挤压剪切破坏逐渐延伸至D点时，整个坡体的滑动剪切面逐渐贯通，坡体处于极限平衡状态，也即一种欠稳定状态。
当坡体处于贯通阶段时，不利外载会增大整个坡体的下滑推力；
斜坡坡度较陡且坡面方向与岩层方向一致为顺层坡时，较容易产生滑动；
强降雨、灌溉、水库蓄水等因素会增大坡面岩土体的自重以及改变岩土体力学参数，增大下滑推力，降低抗滑力，从而较容易产生滑动；
河流侵蚀、施工开挖均会导致边坡前缘形成临空面，后续遇到强震、暴雨等不利工况，容易产生滑动破坏。由此可见，上述内、外界的各种影响因素均会影响坡体稳定性，使坡体产生复活滑动失稳破坏[12-13]。
2.1 古滑坡体复活滑动现状
平利至镇坪高速公路牛头店立交DK0+130～DK0+480右侧路基，原设计该段路基右侧为三级挖方边坡：一级为石质挖方边坡，坡率为1∶0.75，采用窗孔护面墙防护；
二、三级为土质挖方边坡，坡率均为1∶1，采用拱形骨架防护，平台宽度均为3m。现场施工完成第二、三级边坡开挖和拱形骨架防护后，在开挖第一级坡面时受持续强降雨影响，坡面渗水严重，出现滑塌现象，后缘多处出现张拉裂缝，宽度达到5～10cm，导致已施工完成的拱形骨架全部滑塌损毁，滑塌前后如图2所示。边坡滑塌后项目施工中断，项目组立即补充了地质勘察钻孔，查明该滑坡的形成机理和滑动带的可能范围，并提出经济有效的治理方案。
(a)滑塌前现场照片 (b)滑塌后现场照片
2.2 复活滑坡区工程地质条件
1)地形地貌 项目总体位于秦巴山区大巴山的北麓，境内以高海拔的石质高中山为主，地势总体上南高北低，山岭峻峭、沟谷狭窄深邃，宽谷平坝较少，受巴山弧构造影响，岭脊多为北西走向。地貌类型主要以中山-低山地貌和河谷阶地地貌为主。
在已发生滑动的区域内，立面上整体呈现出“倒U形”，滑坡体范围DK0+170～DK0+326，滑坡体东西长约150m，岩层产状为19°∠32°，滑坡体后缘高程为696m，滑坡体前缘高程为662m，高差为34m。
2)地质岩性 对设计路基地质勘探进行核查并进行补充勘探，钻探资料和现场调查表明滑坡区地层岩性主要组成成分为：① 0～13m，粉质粘土，褐黄色，硬塑，土质不均匀，结构松散，主要由粉粘粒组成，含有少量的碎石、砾石，下层有卵漂石；
② 13～25m，强风化板岩，灰色，主要成分为黏土矿物，板状构造，变余泥质结构，节理裂隙发育，岩芯呈现短柱状及碎块状；
③ 25～35m，中风化板岩，灰色，主要成分为黏土矿物，变余泥质结构，岩芯呈现短柱状，一般柱长10～15cm，最长50cm。滑面位于土石交界面上，滑带土揉皱严重，呈深灰色，可见明显擦痕。
3)地质构造 滑坡区属于南江河河谷地貌，河谷谷深坡陡，大致呈东西走向，河谷的两侧边坡覆盖有大量的残坡积，在持续强降雨季节容易引起滑动和垮塌。
现场调查及钻(挖)探分析认为，该滑坡为老滑坡，滑坡体范围为DK0+170～DK0+326，滑坡范围示意图如图3所示，本研究主要针对滑坡体DK0+170～DK0+326段进行分析。
(a)滑坡现场范围 (b)滑坡图纸范围
3.1 计算模型建立
借助GEO5岩土设计和分析软件对滑坡体进行稳定性数值模拟分析，在基于平面应变条件的基础上，计算过程中假设两侧边界的水平位移为0，下侧边界竖向位移为0。计算模型的建立参考文献[14-15]，并根据施工现场边坡实际地形、滑坡范围、路基宽度以及边坡分析经验影响范围，采用1∶0.75坡率、坡高35m、坡顶10m、坡底44m的边坡，根据经验向坡脚前延伸10m，为了更真实地模拟边坡状况，在其下模拟一层厚度为5m的地基层，边坡的模型建立如图4所示。
图4 边皮数值模拟计算模型图(单位：m)
3.2 岩土体物理力学参数确定
通过地质勘探钻探、钻芯岩土体试验以及查阅文献[16-17]进行类似工程对比，各层岩土体的物理力学参数选取如表1所示。
表1 岩土体力学参数表
3.3 不同工况各开挖时步稳定性分析
利用GEO5边坡稳定性分析数值模拟软件，采用Janbu法分别对正常工况、暴雨工况下按照原坡面、开挖三级边坡、开挖二级边坡、开挖一级边坡4种不同开挖时步的坡体进行稳定性计算分析。其计算结果简图和稳定性系数计算结果分别如图5和图6所示。
(a)未开挖原坡面(K=1.06) (b)开挖第三级边坡(K=1.10)
(a)未开挖原坡面(K=0.87) (b)开挖第三级边坡(K=0.91)
根据模拟计算分析结果可知，在正常工况下，虽然稳定性系数计算结果均小于1.20，但是《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)表明施工边坡的临时安全稳定性系数不应小于1.05，而在施工开挖前原坡面的稳定性系数为1.06，说明此时原坡面已经处于欠稳定状态。在施工开挖第二级、第三级边坡时稳定性系数分别为1.09和1.10，说明开挖过程中对坡面土体挖除产生“卸荷”作用，安全稳定性系数略有上涨，但仍处于欠稳定状态。而在开挖第一级边坡时，稳定性系数降至1.01小于规范规定的最低值1.05，处于失稳状态。
在暴雨工况下，模拟过程中调整坡面残坡积体在暴雨工况下的物理力学参数，模拟计算坡土体处于饱和参数状态时不同开挖时步下的边坡稳定性系数，其计算结果分别为0.87、0.91、0.90、0.87，均小于《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)最低要求(1.10)，表明坡体在遇到暴雨工况下，是极其不稳定的，容易发生失稳破坏。各工况不同开挖时序边坡稳定性发展过程如表2所示。
表2 边坡稳定性发展过程表
通过模拟发现计算结果与现场施工开挖第三级边坡发生滑塌实际情况吻合，因此根据计算结果并结合现场实际情况推断，造成此次古滑坡重新发生下滑变形的原因有两点：一是坡体上部覆盖残坡积体较多、渗水性强，坡积体与下伏岩层界限明显，易形成滑动带。二是计算结果表明，该坡体自然状态下已经处于欠稳定状态，由于现场边坡施工开挖，开挖至第一级边坡时，在滑坡中前部形成较高临空面；
在施工期开挖至第一级坡面时，遇到短时强降雨不利工况，土体自重增大，抗剪强度降低，土体沿土石交界面下滑，引起边坡局部滑塌。
4.1 工程治理措施
根据现场滑动破坏范围及严重程度，按照坡体现状及地勘资料显示滑坡体走向情况，沿一级边坡平台内侧设置抗滑桩[18-19]，起点为DK0+170处，终点至DK0+326处，共设置27根，桩间距6m，桩径2.4×1.8m，长度14～18m，桩顶外露3～5m，抗滑桩长边沿主滑面方向布设。桩顶设置4m平台，并采用两层铁丝石笼码砌坡脚，石笼顶部结合现状将原二、三级坡面刷坡合并为一级坡，坡率1∶1～1∶1.5，植草绿化。治理措施简图如图7所示。
图7 治理措施简图
4.2 古滑坡体综合治理效果
滑坡体范围采用抗滑桩形式进行滑坡治理。选取滑坡时最不利的暴雨工况以及最不利截面，利用GEO5边坡稳定模拟分析软件，采用Janbu法对开挖后设置抗滑桩的坡面稳定性进行分析验算，根据施工图的桩长设置为14～18m，所以分别从整数桩长14、15、16、17、18m选取截面进行暴雨工况下坡面稳定性验算，其稳定性计算结果如图8所示。
(a)桩长为14m(K=1.23) (b)桩长为15m(K=1.25) (c)桩长为16m(K=1.30)
计算结果显示设置抗滑桩支挡结构以后，桩长为14m、15m、16m、17m、18m截面处边坡的稳定性系数在暴雨工况下计算结果分别为1.23、1.25、1.30、1.32、1.35，均大于规范中规定的高速公路路堑边坡在非正常工况下稳定性系数最小值1.10，并且其计算结果大于正常工况下的稳定性系数最小值1.20；
模拟分析计算结果表明，此时边坡处于稳定状态，计算结果与规范值对比如图9所示。对比支护前开挖坡面时的计算结果图，抗滑桩的设置穿过滑裂面位置，并且设置抗滑桩以后的潜在滑裂面的剪出口基本靠近桩顶部位，而非贯穿桩身[20-21]，说明抗滑桩设置较为合理，达到了治理滑坡稳定坡体的效果。
图9 综合治理后稳定性计算结果对比图
按照规范要求的监测周期，采取加固处置措施后边坡稳定监测到第15d后连续7d的监测数据为：坡顶最大水平位移18.9mm、18.2mm、17.6mm、16.7mm、15.5mm、15.0mm、14.7mm，水平位移速率0.04mm/d、0.04mm/d、0.03mm/d、0.05mm/d、0.07mm/d、0.03mm/d、0.02mm/d，监测数据均满足《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)中对坡顶的最大水平位移不大于20mm和水平位移速度连续3d不大于2mm/d的要求。监测结果表明，在采用抗滑桩处置加固后，边坡逐渐趋于稳定状态，处置效果较好。
模拟分析计算结果表明，原坡面处于欠稳定状态，按序开挖至第三级坡面时，边坡发生扰动失稳破坏，开挖坡脚前部形成悬空面及暴雨工况是发生扰动失稳破环的主要原因，这与现场施工实际相吻合。对失稳古滑坡体设置抗滑桩进行加固处置，并在正常、暴雨工况下模拟计算稳定性系数均大于相对应工况规范最小值，说明抗滑桩加固措施有效提高原坡面稳定性，能够满足施工期间边坡稳定安全性要求。
本文在分析计算抗滑桩治理效果时，只考虑了不同桩长情况下的稳定性，未对持力层深度及桩身尺寸相关问题进行讨论及验算，在后续研究中，这些因素都应该得到重视。同时，在后续研究中，还需加强项目建设结束运营期内边坡稳定监测工作，发挥监测在边坡稳定安全预警中的重要作用，避免运营期发生较大的潜在安全事故。
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