摘要:城市快速公路两侧的L山体边坡对道路的安全运营具有重要影响，必须进行安全防护，对已有滑动趋势的必须进行灾害治理。以华南快速干线上某L山体滑坡为例，分析了此滑坡治理工程的要点， 并针对这些问题提出了应对措施，在此基础上提出了滑坡工程的治理方案，详细介绍了选择此方案的依据与方案的具体措施，并采用有限元软件对此滑坡工程的治理过程进行了数值模拟。数值分析的结果表明此滑坡治理方案合理有效，经过治理该滑坡体可处于安全和稳定状态，不再对下方城市快速公路造成安全威胁。
关键词:山体滑坡 ;滑坡治理;削坡减载;数值模拟
1引言
城市快速公路往往车流密集且连接着城市的重要区域，在城市运输中具有重要意义，其安全性必须得到重视。某些城市快速路通过山区或丘陵地带，道路两侧必然存在山体边坡，山体边坡在人为、地质、气候等因素的诱导下，往往存在着种种安全隐患，对城市快速公路的安全运营造成重要影响，因此对于城市快速公路两侧的山体边坡要进行安全防护，对于已经发展或即将发展为滑坡的必须进行灾害治理[1-3].本文介绍了华南快速干线上一山体滑坡治理的设计实例，并利用有限元软件对滑坡在治理前后的稳定性及对城市快速道路的影响进行了数值分析。
2工程概括
某山体滑坡位于华南快速干线石门堂山隧道北出口东侧（图1），地处剥蚀丘陵地貌区，滑坡体位于一向西突出的山咀的坡脚地带，山体坡度陡峻，坡面岩土体主要由坡积粉质粘土、残积砂质粘土，全风化及强风化混合岩、片麻岩、片岩等组成。坡体表部的岩土体较软弱，受降雨的影响，山体发生滑坡，导致坡脚华南快速干线路面隆起。路面隆起约20~30cm,道路内侧排水沟受到挤压而使两侧的沟壁接合在一起，浆砌石沟体被破坏，滑坡后缘弧形拉张裂缝已贯通，形成弧形的拉裂圈，裂缝两侧出现了明显的错落，最大的错落高度达1.6m.
滑坡位于山脊南西侧的山坡上，呈下缓、上陡的凹形，下段坡度约25~30°，坡脚地段因受采石等开挖有多处高度8~10m的陡坎，上段坡度约40~45°，坡 面 植 被 茂 盛。根 据 勘 查 结 果 滑 坡 体 积 达55800m3,滑坡处于滑动变形和临滑状态，其稳定性极差，在强降雨及持续降雨作用下随时可能发生滑动破坏，直接威胁坡脚华南快速干线的安全和通行，必须进行地质灾害治理。根据相关规范规定[4],此处滑坡防治工程等级定为一级，需按永久治理工程进行设计。
3地质条件
该滑坡由坡积、残积土及全风化混合岩组成，属于堆积层（土质）滑坡，滑坡区地层简单，上部为第四系（Q）土层，下伏基岩为震旦系（Z）混合岩，按成因类型可划分为人工填土层、坡积层、风化残积层及基岩。岩土物理力学参数根据现场条件和钻探资料，并参考有关规范及地区经验，施工图设计所采用的岩土物理力学参数见表1.其中滑动面参数经过再次稳定性分析和反演计算，采用粘聚力c=13kPa,内摩擦角19.3°。
地下水类型主要由第四系松散岩类孔隙水和块状基岩类裂隙水。地下水属于潜水，无压或低压，水位、水量随雨旱季节变化明显。由于风化裂隙往往发育不均、且多为闭合细小的裂隙，其透水性、富水性弱、不均匀。根据勘察资料，滑坡体上的钻孔大多揭露地下水，各孔初次稳定水位深度为0.50m~29.88m.
4滑坡治理设计方案及典型设计剖面
影响此山体滑坡稳定性的因素包括低强度的边坡岩土体、高陡的山坡和雨季连降暴雨等，因此，防治工程应整体考虑，工程措施应做到经济、安全、合理、可行。滑坡地质灾害防治最直接的方法是工程治理，即对稳定性差的滑坡地段进行抗滑支挡或者采取削方减载及相应的支护措施，完善地表排水系统，尽量减少地表水入渗，保证坡体稳定，消除滑坡地质灾害隐患。
根据滑坡的实际情况和设计经验，此滑坡治理拟采用的治理工程方案为“削坡减载+双排抗滑桩支挡+格构锚固+地表排水”.该方案的思路是通过对滑坡体进行削方减载，从而减小滑坡的下滑力；在坡脚修筑两排抗滑桩板墙对滑坡进行支挡，增加滑坡的阻滑力；通过上述措施后使滑坡的稳定性达到规范要求。对削坡后滑坡后壁出现的高陡边坡采用锚杆格构进行加固，以避免产生新的滑坡；在滑坡体周边修筑截水沟，在削坡后的平台上修筑横向排水沟，避免地表水体进入滑坡体和坡面冲刷，从而增加滑坡的稳定性；在削坡后的滑坡体采用格构护坡防止坡面流对坡面的冲刷，从而保证坡面的完整；在坡面穴植灌木美化坡体。通过该方案的治理使滑坡达到安全、经济、美观的目的。治理工程的总平面布置图如图2所示。
滑坡治理工程的典型剖面如图3所示，可以清晰的看出整个治理方案的概况，即“削坡减载+双排抗滑桩支挡+格构锚固+地表排水”.由于滑坡规模较大，若不进行削坡减载，其支挡结构规格将很大，配筋及施工将非常复杂，因此，对滑坡体采取削坡减载措施，具体为：将标高145m以上滑坡的土体削除，145m以下至第二排抗滑桩板墙顶125m标高间的坡体分两级削坡，各级坡面高度10m,坡率1:2.0,坡面采用格构护坡，格间培土种植绿化。将145m标高以上的滑坡体削除后，在滑坡的后壁将形成一处高陡的裸露边坡，也对其采用分台阶削坡。台阶坡面高度10m,削坡坡率1:0.6,共分为四级，为避免滑坡后壁边坡形成次生的滑坡、崩塌，对坡面采用锚（索）杆格构进行加固。锚（索）杆布置采用方型布设，水平间距2.5m.垂直间距2.5m,每台阶面约有1排锚杆及3排锚索，其中锚杆杆体均采用Φ25螺纹钢筋，杆长15m,锚杆成孔直径不小于110mm,入射角15°。锚索杆体采用3根Φs15.2的钢纹线，长度分别为32m及28m,自 由 段 长 度15 m,锚 索 钻 孔 孔 径 不 小 于130mm,入射角15°，锚索设计轴向拉力350kN,锁定拉力250kN.
根据滑坡体的稳定性分析和设计安全等级的要求，在削坡减载后，设置有两排抗滑桩板墙。采用人工挖孔灌注桩，抗滑桩截面为矩形1.2×1.8m,桩芯距4.5m,长边与坡向一致。桩长根据钻探成果及现场调查分析滑动面位置，在不同位置桩长各不相同，嵌岩深度一般嵌入中风化基岩约5m.
在滑坡后缘有一片孤石区，因其上裂隙发育，形成大量的岩石分离块体，有的块体稳定性差，已形成危石，随时有向坡下崩塌、滚落的可能，为此，对该区个别危石采用爆破或机械破碎进行清除，然后对孤石区采用SNS柔性防护系统中的GPS2型主动防护系统进行围护。
5滑坡治理过程的有限元分析
5.1分析方法
为了能全面、准确地分析治理前后滑坡的稳定性及其对城市高速道路的影响，综合考虑此滑坡治理的布置、与道路的位置关系以及滑坡岩土体强度参数等因素，本文选取了图3所示的典型设计剖面进行了有限元计算，通过治理前后滑坡体结构的稳定性、塑性应变以及水平位移等因素的变化，分析了滑坡体机构对城市道路安全运营的影响。
5.2计算模型与分析过程
有限元分析假设滑坡体结构为二维平面有限元，计算模型包括滑坡体结构和抗滑支护结构，滑坡体的岩土体本构模型采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型，计算参数参照表1所示，抗滑支护结构包括钻孔桩和格构梁，均采用梁单元进行模拟，锚杆和锚索则采用植入式桁架进行模拟。模型网格结构见图4所示。根据实际情况和设计方案，本次滑坡治理工程的有限元计算简化为3个工况进行，即：滑坡治理之前、削坡减载之后以及削坡并支护后。
分析过程为：首先根据滑坡体结构的范围、尺寸，建立数值计算模型；对岩土体进行物理力学参数的赋值，分析岩土体中地应力分布特点，模拟岩土体的的初始地应力场分布情况；再对滑坡体的削坡减载过程进行模拟，确定后续支护前土体和结构的应力分布情况，以此作为基础，再模拟分析滑坡治理和支护的过程，研究治理过程中滑坡体结构的应力和变形情况，进而对城市快速公路的运营安全是否造成影响进行评判。
5.3结果分析
数值计算可以得到滑坡体结构在各个工况下的位移、应力、塑性应变等物理量的变化情况，同时，利用目前较为常用的强度折减法[5-6],也可以得到每种工况下的安全系数。本文以滑坡体结构的等效塑性应变为例，说明滑坡体结构在治理前后的稳定性变化情况（图5）：（1）工况1,即滑坡体在治理之前，可以看出塑性应变较大的区域在滑坡体中形成一条贯通的圆弧，且与勘察得出的滑动面基本吻合。通过强度折减法，得到此时的安全系数为0.915,可以认为此时若不进行治理，坡体必然会发生大规模的滑动，对城市快速路造成重大影响。（2）工况2,即进行削坡减载后，从滑坡体的塑性应变分布情况可以看出，经过削坡减载，滑坡体不再沿着原来的滑动面形成滑弧，最危险区域转移到滑坡体后缘的陡峭区域，利用强度折减法得到此时的安全系数为1.125,但在滑坡体后缘形成的滑动面仍较为危险。（3）工况3,即进行削坡并支护后，从此时滑坡体的塑性应变分布可以看出，滑坡体的塑性应变值同前两种工况相比明显减小，未形成明显的贯通圆弧。强度折减法求得此时的安全系数为1.625,可以认为经过削坡和支护的治理措施，该滑坡体处于安全和稳定状态，不再对下方城市快速公路造成安全威胁。
6结论
依托华南快速干线一山体滑坡工程，针对此滑坡工程中的安全隐患提出了稳妥、实用的治理方案，并利用有限元软件对滑坡治理过程进行了数值模拟，得到如下结论：
（1）提出了合理的治理方案，即“削坡减载+双排抗滑桩支挡+格构锚固+地表排水”.
（2）利用有限元软件对滑坡治理的过程进行了数值计算，结果表明滑坡体若不进行治理，则必然会继续发展，对高速公路造成重要威胁，若只进行削坡处理，虽然可以使得滑坡体不再沿着原来的滑动面形成滑弧，但会在滑坡体后缘形成危险区域。采用本文推荐的治理方案，经过削坡和支护的治理措施，该滑坡体处于安全和稳定状态，不再对下方城市快速公路造成安全威胁。
参 考 文 献
[1] 林素明，李建福。路堑边坡施工过程中后缘变形演化分析[J].土工基础，2014,27（6）：99-102.
[2] 李水平。益湛线某路堑边坡滑动变形分析[J].土工基础，2014,28（3）：49-51.
[3] 吴茂明，等。预应力锚索在岩土边坡工程治理中的应用[J].岩土工程学报，2010,32（s1）：324-326.
[4] 建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）[S].
[5] 陈曦，刘春杰。有限元强度折减法中安全系数的搜索算法[J].岩土工程学报，2011,32（9）：1443-1447.
[6] 李宁，许建聪。基于场变量的边坡稳定分析有限元强度折减法[J].岩土力学，2012,33（1）：314-318.
