Study on Landslide Stability Evaluation and Treatment Measures under the Combined Action of Rainfall
and Reservoir Water Level
张罗送① ZHANG Luo-song；刘杰①② LIU Jie；孙涛① SUN Tao；
李洪亚① LI Hong-ya；黎照① LI Zhao
（①三峡大学土木与建筑学院，宜昌 443002；②三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，宜昌 443002）
（①College of Civil Engineering & Architecture，China Three Gorges University，Yichang 443002，China；
②Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area，Ministry of Education，China Three Gorges University，
Yichang 443002，China）
摘要：针对某库岸滑坡受极值降雨和水位调控方案的影响，运用Geo~Studio分析软件对不同工况下的滑坡进行稳定性计算，确定出滑坡最不利工况条件，通过以最高性价比作为滑坡最佳加固措施的方法，对抗滑桩、削坡减载和锚杆三种设计治理方案进行综合评定，最终确定性价比最高的方案对滑坡进行治理。研究表明：某库岸滑坡为动水压力及降雨型坡，其最不利条件为145m上升至175m过程+3天100年一遇强度降雨，针对此工况下的抗滑桩、锚杆及削坡减载三种支护措施，综合考虑下削坡减载设计为该库岸滑坡最合理有效的治理方案，削坡面积301.7m2，并可为其他滑坡监测及治理设计提供技术支撑。
Abstract: According to the influence of extreme rainfall and water level control scheme on landslide in a reservoir bank, the stability of landslide under different working conditions is calculated by using Geo~Studio software, and the most unfavorable condition of landslide is determined. By taking the best ratio of performance and price as the best method of strengthening the landslide and synthetically evaluating the design and treatment schemes of resisting slide pile, cutting slope load and anchoring rod, the best performance-price ratio scheme is finally determined to control the landslide. The study shows that the landslide in a reservoir bank is hydrodynamic pressure and rainfall type slope, and the most disadvantageous condition is that the process of 145m to 175m rise to 175m once in 3 days. Three kinds of supporting measures, such as anti-slide pile, anchor rod and slope load reduction, are considered synthetically as the most reasonable and effective treatment scheme for the landslide in the reservoir bank. The slope cutting area is 301.7 m2, and it can provide technical support for other landslide monitoring and control design.
关键词：库岸滑坡；极值降雨；不利工况；滑坡治理；性价比
Key words: reservoir bank landslide；extreme rainfall；unfavorable condition；landslide control；cost-effective
中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0111-04
0 引言
三峡库区自蓄水以来，随着水位的不断上升，多处库岸段出现了不同程度的变形破坏，在这方面国内学者进行了一定的研究工作，如王力[1]等研究库水位对树坪滑坡变形影响机制，得到在库水位蓄水至 175m 水位后主要发生整体变形，由下部变形牵引上部滑动。卢书强[2]等深入研究了滑坡的变形特征、变形失技术复杂、施工难度大的灾害防治工程。彭波[3]研究得出了三峡水库蓄水、库水位涨落、大气降水的作用及人类活动的作用是八字门滑坡变形主要影响因素。可见，蓄水、库水位涨落、降雨等是影响滑坡稳定性的重大因素。
滑坡治理是对滑坡失去稳定性而导致的地质灾害，在滑坡的治理方面，雷文杰、肖世国、裴强[4~6]等分别研究了抗滑桩桩位、抗滑桩桩间净距、抗滑桩桩长对滑坡体稳定安全系数之间关系；王乐华[7]等研究表明对表层为深厚覆盖层型滑坡采用削坡减载方式进行处理是有效的治理方法；高岩[8]等研究表明锚杆加固后边坡的稳定性增强，有效提高了工程的安全性；王素群[9]等对锚杆加固和抗滑加固高边坡支护效应和数值分析进行了探讨；刘旺兵[10]研究表明锚杆能大幅度提高高陡边坡岩土的结构强度和抗变形刚度。
本文根据该库岸滑坡专业监测资料和现场地质勘查成果，设置多种计算工况对滑坡在不同工况条件下稳定性及治理措施进行研究，建立对该滑坡继续进行稳定性监测及评价的参考模式，并旨在研究提出一种快速选取稳定性高、造价较低的加固措施。
1 滑坡地质介绍
该库岸滑坡位于湖北省宜昌市某村，大地坐标：经度110°45′33.4″，纬度30°58′59.9″。滑坡剪出口位于高程125~135m，滑坡后缘以基岩为界，滑坡面积约503×104m2，深层滑体体积990×104m3，浅层滑体体积660×104m3；滑坡物质为崩坡积物，坡积物厚度较厚，在空间上分布不均，且滑体物质成分为碎块石土，崩坡积物与下伏基岩接触带即为滑坡滑带，下伏基岩为滑床，成分为长石石英砂岩，产状285°∠30°为逆向岩层。
2 计算模型建立及工况划分
2.1 建立模型
根据滑坡的工程地质特征，选择1-1′剖面作为计算剖面，如图1所示。
2.2 计算工况划分
根据三峡水库一个水文年内库水位在 145～175m 涨落，水位变动幅度达 30m的情况，并结合滑坡所在区降雨特征，选择不同程度极值降雨与库水位升降联合作用作为该库岸滑坡稳定性计算工况，如表1所示。
3 滑坡稳定性分析
利用软件Geo~Studio对不同工况条件下的滑坡进行稳定性计算，选取稳定安全系数最低的一组工况，再以抗滑桩、削坡减载、锚杆等3种支护措施进行稳定性计算与综合性价比评定，进而筛选出针对该滑坡支护最合理、有效、经济的支护措施。
3.1 计算模型参数
根据滑坡地质勘查、专业监测、专业测量等资料，选取滑坡计算模型参数，如表2。
3.2 滑坡安全稳定性计算成果分析
某库岸滑坡进行稳定性计算结果如图2所示。
由图2可知：
①库水位从145m上升至175m过程中，坡体安全系数随着降雨强度的增大均有不同程度的减小，减小幅度最大，为7.8%～23.8%，且最小安全系数为1.003，边坡处于欠稳定状态。这说明库水位在上升过程中，库水对滑坡体浸泡而产生浮托作用，使得滑坡的渗透力增大，增加了滑坡体下滑力，同时大气降雨使滑体内地下水位抬高，水力坡度增大，滑体动、静水压力增加，地下水饱和软化滑带土，使得坡体发生变形，安全系数减小。
②当库水位在静水位145m、175m时，坡体安全系数随着降雨强度的增大各有不同程度的增大，但整体降低幅度不大，为0.4%～7.4%，最小安全系数为1.115，处于基本稳定状态，这说明库水位在静水位时，库水对边坡坡体的影响较小。
③当库水位从175m下降到145m水位过程中，坡体安全系数随着降雨强度的增大而减小，减小幅度仅为0.1%～0.4%，且最小安全系数为1.141，故此过程边坡基本处于稳定状态。
④综上可得，该库岸滑坡为动水压力型坡+降雨型滑坡，相对应的最不利工况条件为145m上升至175m过程+3天100一遇强度降雨（工况5-1），故应对该工况下的滑坡采取相应支护措施。
3.3 治理措施选择
根据计算结果，针对最不利工况（工况5-1）条件进行抗滑桩、削坡减载及锚杆3种支护措施进行计算与分析，如下：
3.3.1 抗滑桩支护
根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》、《GB 50330~2013 建筑滑坡工程技术规范》以及剩余下滑力对抗滑桩进行设计。
①抗滑桩位置：通过计算滑坡的剩余下滑力发现在距离滑体后缘181m处下滑力最大，约为163168.54kN，随后越接近滑体前缘的地方抗滑力与下滑力越接近，故单排抗滑桩治理滑坡最佳位置是181m处，多排抗滑桩根据排距向滑体后缘方向确定位置。
②抗滑桩桩长：某库岸滑坡滑体后缘181m处，滑带距地表约22m，故抗滑桩桩长设计为30m，穿过滑带嵌入坡体，下端嵌入稳定坡体约8m。
根据单排、双排及三排抗滑桩加固措施相关计算结果如表3所示。
双排及三排抗滑桩加固措施计算的性价比与两桩之间的排距关系，如图3所示。
①由表3得：单排桩虽然性价比较好，但是其安全系数不够，相比之下考虑双排桩和三排桩支护措施。
②依据图3可知：双排抗滑桩的性价比与桩排距成反比，三排抗滑桩的性价比与桩排距成正比，综合考虑选择三排桩支护措施较为合理经济。
3.3.2 削坡减载（原始面积5031485m2）
根据《GB 50330~2013建筑滑坡工程技术规范》对削方进行设计如表4所示。
通过对比上表中的性价比，可以得到两种方案均可使滑坡达到稳定，且第二种削坡方案的性价比是第一种方案的3.02倍，而第二种方案削坡面积约为第一种方案削坡面积的1/4，因此选用削坡二方案。
3.3.3 锚杆支护
非预应力锚杆设计长度不宜超过16m，预应力锚杆长度不宜超过50m，故针对此采用预应力锚杆，并按照锚杆设计具体参数规范要求，该库岸滑坡取锚杆间距3m、锚杆预应力3000kN、锚杆长度30m（滑体厚度约为22m），锚杆按4排、5排、6排进行设计，如表5所示。
由表5可知，三种锚杆设计方案对应的稳定系数均小于1.05，未达到滑坡治理标准，且性价比低于上述削坡减载方案，故不选择锚杆加固措施。
对比上述三种设计方案，选取每种方案中性价比最高的方案汇总进行综合评价，可知削坡减载的性价比最高，故该库岸滑坡最合理有效的治理支护方式应选择削坡减载方案，削坡面积301.7m2。
4 结论
①该库岸滑坡为动水压力型坡，其中最不利条件为145m上升至175m过程+3天100一遇强度降雨，最小安全系数为1.003，处于欠稳定状态；主要原因为库水对滑坡体浸泡而产生浮托作用，使得滑坡的渗透力增大，增加了滑坡体下滑力，同时大气降雨使滑体内地下水位抬高，水力坡度增大，滑体动、静水压力增加，地下水饱和软化滑带土，使得坡体安全系数受不同程度的减小，因此，针对此工况必须加强监测，并采取相应的工程防治措施加以治理和防护。
②提出以稳定系数增加量与造价之比作为滑坡有效加固支护措施的方法，该方法可从多种加固措施方案中快速选取稳定性高、造价较低的加固措施作为滑坡治理最合理有效的方案，也有效的解决了多种滑坡治理措施选择性的问题。
③对比抗滑桩设计、削坡减载设计和锚杆设计三种方案，选取每种方案中性价比最高的方案汇总进行综合评价，得到削坡减载设计为某库岸滑坡最合理有效的治理支护方案，削坡面积301.7m2。
参考文献：
[1]王力，王世梅，向玲.三峡库区水位变化对树坪滑坡变形影响机制研究[J].长江科学院院报，2015（12）：87-92，119.
[2]卢书强，易庆林，易武，黄海峰，张国栋.三峡库区树坪滑坡变形失稳机制分析[J].岩土力学，2014（04）：1123-1130，1202.
[3]彭波.八字门滑坡变形分析及稳定性评价[J].中国水运（学术版），2006（12）：103-104.
[4]雷文杰，郑颖人，冯夏庭.滑坡治理中抗滑桩桩位分析[J]. 岩土力学，2006（06）：950-954.
[5]肖世国，程富强.再论悬臂式抗滑桩合理桩间距的计算方法[J].岩土力学，2015（01）：111-116.
[6]裴强，雷焕珍，刘红帅.滑坡体与抗滑桩间接触应力的影响因素分析[J].清华大学学报（自然科学版），2013（08）：1139-1144，1154.
[7]王乐华，郭永成，韩梅.削坡减载法在边坡稳定治理中应用[J].三峡大学学报（自然科学版），2009（04）：57-60.
[8]高岩，杨凯，李慧慧.浅谈锚杆在边坡加固中的应用[J].低温建筑技术，2010（10）：88-89.
[9]王素群，陈泽华.锚杆与抗滑桩在高速公路高边坡加固中的应用效果比选分析[J].黑龙江交通科技，2016（01）：7-9.
[10]刘旺兵.锚杆加固挡土墙的质量控制——消防通道工程施工案例[J].中国高新技术企业，2009（21）：167-168. |
