潮州某大型高陡滑坡數值模擬分析及治理措施

李曉淳

(廣東省有色金屬地質局九三一隊，廣東汕頭 515041)

該高陡滑坡段山體表面取土呈六級階梯形狀，崩塌區域為山體中部底下兩級坡面，主崩約241°，相對高差約36m，坡度60°～65°，局部80°，形成陡坎狀。整體坡長超160m，已發生局部崩塌的邊坡段長約40m。邊坡已有8處明顯的崩塌，引致更大面積基巖裸露，加大了坡角。據裂隙延展情況推測，后續崩塌影響厚度0.3m～2.5m，構成邊坡危巖體體積約4800m3，目前處于不穩定狀態?；戮o鄰坡腳村民及壩體，潛在威脅人口約130人，潛在經濟損失約600萬元，應及時治理。

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

滑坡區域為剝蝕丘陵地貌，北部高，南部低，自北向南傾斜，由山地、丘陵、平原逐漸過渡。地災點地貌類型屬丘陵區，地形標高總體東南部高，多丘陵分布，溝系發育。海拔高程39m～118m，地形坡度約60°，較陡的坡度可造成巖土體下滑勢能增大，易發生斜坡失穩變形，引發地質災害。

1.2 地層巖性

滑坡區地層為上侏羅統高基坪群上亞群(J3gjb)凝灰巖，地表局部為第四系土層(Q)。

(1)上侏羅統高基坪群上亞群(J3gjb)凝灰巖，表層巖石全風化-強風化，巖石破碎，整段邊坡呈半巖半土狀。坡體總體傾向241°，巖層傾向與坡向相近，深部基巖較穩定。

1.3 地質構造

勘查區內未見斷裂構造，受區域地質構造斷裂帶影響，節理裂隙極發育。巖石網狀風化，邊坡地表部巖石呈碎塊、細粒狀剝落，松散破碎。

1.4 水文地質條件

滑坡區地下水類型有松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩類。

松散巖類孔隙水分布于第四系土層中，以殘坡積砂質粘性土和粉質粘土構成第四系黏性土層，混少量粉細砂粒，分布相對連續。透水性弱，富水性較差，可視為相對隔水層。整個山坡坡面均為一定厚度的殘坡積土層覆蓋。地下水量貧乏，主要由大氣降水滲入補給，水位升降受氣候因素影響明顯，雨水季節潛水水位上升，枯水季節水位下降。

塊狀巖石裂隙水分布于上侏羅統高基坪群上亞群凝灰巖為主的火山巖風化裂隙和構造裂隙中，丘陵地帶水力性質為潛水，緩坡地帶因殘坡積土覆蓋轉化為承壓水。巖層富水性隨裂隙發育情況變化，一般淺部風化層節理裂隙較發育，深度增加而減少和閉合，鉆孔揭示巖層淺部各類裂隙較發育，往深部巖石完整性較好，也無大的裂隙破碎帶?？傮w上整個含水層透水性不強，水量不大，據原坡腳處出露的泉點(S1)觀測泉流量為0.09L/s，反映基巖裂隙含水層富水性弱。

1.5 工程地質條件

滑坡區巖土層從上至下分5層：①素填土、②凝灰巖殘坡積土層、③全風化凝灰巖、④強風化凝灰巖、⑤中風化凝灰巖。屬土質邊坡，由殘坡積土和全-強風化凝灰巖組成，土體呈土黃、磚紅色，含少量中細粒石英砂及巖屑，稍濕，可塑，局部硬塑，結構較松散，力學強度較低，穩定性較差，飽水易崩解軟化。暴雨或人工擾動影響下，易引發崩塌滑坡地質災害。

2 滑坡形成影響因素

據滑坡區所處地質環境分析，滑坡地質災害由內外部相關因素共同作用導致。內部條件包括地形地貌、地層巖性、地質構造、坡體結構、高陡臨空面；外部條件包括：降雨、風化、植被、人類工程活動、地震等。導致滑坡地質災害的巖土物理學性質主要表現包括：松軟黏土以及風化巖石，究其原因是上述地質層巖土黏結強度相對較低，出現滑坡地質災害的概率明顯更高[1]。

2.1 內部條件

地形地質條件是滑坡地質災害形成基礎，滑坡區位于丘陵地帶，由于構成邊坡的土質成分差異性，其具有黏結性差，遇水松軟的特性，在強降雨和強歷時降雨影響下，地表水長期徑流和強降雨片流沖刷土質邊坡，并通過局部土體的裂縫或裸露的坡面滲入邊坡土層中，邊坡土體由于受地形和地下水的長期作用，土層軟化，土體物理力學強度減弱，且處于飽水狀態，土體容重增大，邊坡土體沿軟弱面產生土體失重，邊坡向下崩落，形成滑坡地質災害。

2.2 外部條件

降雨對邊坡巖體穩定性的影響主要表現在每年4月至9月雨季的大暴雨或持續降雨，近50年來，日最大降雨量可達280.8mm?；聟^域多年人工取土，坡面呈裸露狀，加速了巖土體風化，且無植被覆蓋，在雨季暴雨作用下，隨著雨水入滲量加大，使土體浸水飽和，增加了坡體自重，進而誘發松散土體發生松動，加劇土體的變形和破壞。

3 現狀滑坡穩定性分析

據工程勘查報告提供參數(表1)，對現狀滑坡進行穩定性分析，為后續的工程設計提供依據。

經計算，滑坡最危險滑動面在天然狀態下計算邊坡穩定系數Ks=1.04，強降雨條件下穩定系數Ks=0.95，根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)，現狀滑坡處于不穩定狀態，在遭遇強降雨時會進一步發生滑塌，導致邊坡失穩。圖1、圖2。

4 滑坡整體治理設計及措施

4.1 設計方案

依據現場調查情況、工程勘查報告及室內數值模擬分析結果，綜合擬定該滑坡采取重力式擋墻+分級放坡+格構錨桿+坡面復綠護坡，在坡頂及坡腳分別修筑截、排水溝，減少雨水沖刷坡面，整體布置見圖3。預應力錨索框架結構包含預應力錨索、鋼筋混凝土框架梁和邊坡巖土體。預應力錨索需承擔邊坡下滑力，混凝土框架需確保巖土體不發生位移，維持穩定。預應力能夠讓施加于潛在位移面法向力提升，讓位移面摩擦力順勢提高，提升抗滑性能[2]。在應用預應力錨索框架梁防護技術時，將鉆孔通過高邊坡中軟弱巖層，在堅硬的巖層中布置一端錨桿，將此錨桿作為內錨頭，同時張拉另一端外錨頭，以此對巖層施加壓力，在此過程中需要注意加固不穩定的巖體[3]。

圖3 設計方案平面布置圖Fig 3. Layout Plan of The Design Scheme

(1)放坡：對高陡邊坡坡面進行削坡處理，邊坡按1：1坡率進行放坡，每級邊坡高度不超過8m，馬道寬度不低于2m。

(2)擋墻+格構錨桿：擋墻整體長度121m，高度5.2m，整體標高隨地形起伏而定，采用現澆C30混凝土澆筑。坡面格構尺寸0.3m×0.3m，采用2.5m×2.5m間距布置，采用現澆C25混凝土澆筑，格構內以植草護坡為主。格構錨桿采用PSB935DR25預應力螺紋鋼筋，錨桿長度15.5m～17.5m，錨固段長度la=8m，錨桿傾角15°，整體布置見圖4。

圖4 重力式擋墻+格構+錨桿護坡斷面示意圖Fig 4. Cross Section Diagram of Gravity Retaining Wall+Lattice Structure+Anchor Rod Slope Protection

(3)截排水溝：坡頂、平臺及坡腳均設置截、排水溝，采用現澆C20混凝土澆筑，將降水分級引流到現有排水系統，減少雨水對坡面的沖刷。

4.2 數值模擬分析結果

根據工程勘查報告對原始坡面的分析結果，結合現場已發滑坡體選取有代表性的斷面數值模擬分析。本篇采用南京庫倫GEO5軟件進行極限平衡分析，并通過OptumG2軟件進行數值模擬分

析，綜合考慮邊坡安全性。

(1)設計參數的選?。夯略O計參數見表2。

表2 設計參數建議值表Tab 2. Recommended Values for Design Parameters

(2)驗算結果：結果見表3，采取支護后各斷面天然工況均大于1.35，不利工況均大于1.15，滿足《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)規范要求[4]，見圖5、圖6。

表3 各斷面分析結果Tab 3. Analysis Results of Each Section

4.3 數值模擬分析結果

根據工程勘查報告對原始坡面的分析結果，結合現場已發滑坡體選取有代表性的斷面進行數值模擬分析。本篇采用南京庫倫GEO5軟件進行極限平衡分析，并通過OptumG2軟件進行數值模擬分析，綜合考慮邊坡安全性。

(1)設計參數的選?。夯略O計參數見表2。

(2)驗算結果：結果見表3，采取支護后各斷面天然工況均大于1.35，不利工況均大于1.15，滿足《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)規范要求[4]，見圖5、圖6。

通過南京庫倫GEO5和G2軟件分別對兩種方法對比分析，其邊坡穩定性分析所得的安全系數基本相同。這也從側面說明采用傳統極限平衡方法和數值模擬的有限元分析方法所得的結果基本一致，兩種方法不僅可以相互驗證、相互模擬，還能從各自獨特的方面對邊坡穩定性進行分析，而OptumG2能有效的反映邊坡破壞的趨勢，能更有針對性的對邊坡進行支護，使結果更為精確。

5 結 語

治理工作應貫徹“綜合治理，力求根治”的原則，應因地制宜，密切結合地質環境條件和已發地質災害的特點和危害性，采取有針對性的措施，遵循“固腳、強腰、排水”的原則，同時貫徹“恢復自然、水土保持、技術先進、經濟美觀”的理念，對地質災害隱患點進行徹底消除。通過對地質災害的工程治理，改善周邊的地質及生態環境，預防水土流失，使周邊村民不再受滑坡的威脅，對維護社會穩定、保障生態環境、促使可持續發展具有重要意義。