雷云佩，陳志平，魏麗敏

（1重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020；2中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410075）

0 引言

一般通過(guò)監(jiān)測(cè)邊坡上局部土體的位移來(lái)評(píng)估邊坡整體的移動(dòng)速率和方向，但由于土的工程性質(zhì)的復(fù)雜性、隨機(jī)性和不均勻性，局部單個(gè)測(cè)點(diǎn)的土體位移難以反映出整個(gè)邊坡的位移情況，因此通常在邊坡范圍內(nèi)布置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)，通過(guò)這種方法測(cè)出的邊坡整體位移，其可靠性很高。

導(dǎo)致邊坡或滑坡變形的影響因素較多，其中氣候條件是一個(gè)關(guān)鍵因素[1]。淺表位移監(jiān)測(cè)是邊坡或滑坡監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，特別是膨脹土滑坡，其滑動(dòng)面一般較淺，淺表層土體活動(dòng)明顯[2]。通過(guò)表層位移監(jiān)測(cè)可達(dá)到以下目的：可判斷坡體的移動(dòng)方向和趨勢(shì)；監(jiān)測(cè)不同氣候條件（特別是降雨條件下）土體位移的變化規(guī)律，研究氣候條件對(duì)膨脹土邊坡的影響；通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)邊坡位移，對(duì)比支擋結(jié)構(gòu)施工前后邊坡位移的發(fā)展規(guī)律，研究支擋結(jié)構(gòu)的抗滑作用。

本文以南寧某鐵路項(xiàng)目中的膨脹土滑坡為工程背景[3]，對(duì)膨脹土滑坡施工過(guò)程中的地表位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；利用冪函數(shù)擬合了工點(diǎn)內(nèi)膨脹土滑坡淺表位移與降雨量的關(guān)系，效果較好，精度很高；同時(shí)分析了降雨、切坡和臨時(shí)支護(hù)對(duì)邊坡位移的影響，得到了相應(yīng)的位移變化曲線。

1 工程背景

1.1 地質(zhì)條件

本段線路以路塹通過(guò)，邊坡最大開(kāi)挖高度約9m，邊坡表層為坡殘積弱膨脹土，土層性狀為：粉質(zhì)黏土，褐黃色，褐灰色，硬塑狀，有砂感，分布于緩坡地段，厚2～8m，為弱至中等膨脹土。以下依次為全風(fēng)化層（呈土狀或砂狀，本層中泥巖為弱膨脹巖）、強(qiáng)風(fēng)化層泥巖夾泥質(zhì)砂巖和弱風(fēng)化泥巖。

值得注意的是，在表層膨脹土層與全風(fēng)化層的分界面或過(guò)渡層中，含砂率極高，局部地段為全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，該過(guò)渡層位于膨脹土的氣候作用層附近，在地下水的沖刷和滲透作用下極易發(fā)展為滑坡的滑動(dòng)面。

1.2 氣候條件

試驗(yàn)工點(diǎn)所在的廣西南寧屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全年陽(yáng)光十分充足，夏季長(zhǎng)冬季短，氣候溫和，雨量非常充沛，每年總的降雨量達(dá)1300mm左右；全年平均氣溫22℃，平均相對(duì)濕度79%。廣西南寧地區(qū)4—9月間降雨量占年降雨量的75%左右，雨季正好與熱季重疊。在雨季，大、暴雨過(guò)于集中，而該試驗(yàn)工點(diǎn)的施工期正好經(jīng)歷了這段時(shí)間，給施工和監(jiān)測(cè)帶來(lái)了極大的困難。廣西太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，熱量大，導(dǎo)致膨脹土邊坡土體裂隙高度發(fā)育；雨季與熱季重疊導(dǎo)致膨脹土在頻繁的干濕循環(huán)作用下，強(qiáng)度降低，整體性遭到破壞，新開(kāi)挖的膨脹土路塹邊坡在大、暴雨作用下極易出現(xiàn)滑坡。

1.3 滑坡特征

工點(diǎn)內(nèi)D1K736+915～D1K737+400區(qū)段，在按坡率1:1.75刷坡開(kāi)挖至樁頂設(shè)計(jì)高程以后，經(jīng)過(guò)幾次強(qiáng)降雨過(guò)程后出現(xiàn)局部滑坡，由于時(shí)值雨季和熱季重疊，多次降雨之后，滑坡逐漸向上發(fā)展形成牽引式滑坡?；麦w主軸與線路前進(jìn)方向大約為60°夾角 ，在滑坡體后緣已清晰可見(jiàn)灰白色滑動(dòng)面，滑床為全風(fēng)化弱膨脹性泥巖。其中D1K737+220～D1K737+265區(qū)段范圍內(nèi)為塌陷區(qū)，平均塌陷深度為1.5m，該區(qū)域土體完全失去整體性，含砂率較高，對(duì)下方支擋結(jié)構(gòu)和線路威脅性極大。

1.4 治理設(shè)計(jì)方案

工點(diǎn)所在區(qū)段長(zhǎng)485m，該段邊坡滑坡前的設(shè)計(jì)方案為單排抗滑樁+錨桿框架梁+膨脹土擋墻支護(hù)；出現(xiàn)滑坡后進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案變更，總體方案為雙排抗滑樁，坡腳設(shè)置擋土墻，坡面采用無(wú)預(yù)應(yīng)力全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿和框架梁結(jié)構(gòu)，變更后的方案斷面如圖1。

圖1 試驗(yàn)工點(diǎn)膨脹土邊坡支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2 監(jiān)測(cè)方案

對(duì)于膨脹土邊坡而言，膨脹土的干縮濕脹特性往往導(dǎo)致淺表位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定誤差。這是因?yàn)槲灰茢?shù)據(jù)中很可能包含了測(cè)點(diǎn)附近土體的膨脹變形或收縮變形，而測(cè)點(diǎn)附近膨脹土的變形量及變形方向是無(wú)法預(yù)先確定的。為盡量減少膨脹土的干縮濕脹對(duì)位移監(jiān)測(cè)的干擾，采用如下措施埋設(shè)淺表位移監(jiān)測(cè)樁：

（1）先在事先準(zhǔn)備好的木樁上釘入用于測(cè)量定位的小鐵釘；

（2）在預(yù)備埋設(shè)監(jiān)測(cè)樁的位置挖出一個(gè)25cm深的小坑，然后將35cm長(zhǎng)的木樁打入坑底；

（3）將小坑用水泥砂漿填滿，水泥砂漿不得包裹木樁樁頂；

（4）待水泥砂漿凝固以后，再進(jìn)行初次測(cè)量確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始坐標(biāo)。

根據(jù)研究目的和現(xiàn)場(chǎng)地形情況，在滑坡體上布置了淺表位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，共計(jì)13個(gè)監(jiān)測(cè)樁，如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)平面布置圖

3 監(jiān)測(cè)成果分析

淺表位移原是一項(xiàng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，由于現(xiàn)場(chǎng)的多種原因，導(dǎo)致真正的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)很少。選取三個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于滑坡體后緣的12#點(diǎn)、滑坡中部的11#點(diǎn)和7#點(diǎn)。

本次位移監(jiān)測(cè)通過(guò)實(shí)測(cè)各點(diǎn)的坐標(biāo)變化來(lái)確定該點(diǎn)在垂直于線路方向和平行于線路方向的位移變化，通過(guò)分析三個(gè)點(diǎn)的水平合位移方向發(fā)現(xiàn)，三點(diǎn)水平合位移方向基本與滑坡主軸平行，因此本文才利用各點(diǎn)的最大位移進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。利用已測(cè)數(shù)據(jù)繪制了時(shí)間-位移-降雨量及施工過(guò)程的相關(guān)關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3 時(shí)間-位移-降雨量及施工過(guò)程的關(guān)系圖

3.1 地表位移與降雨量的關(guān)系

降雨是導(dǎo)致滑坡的主要原因之一，對(duì)膨脹土邊坡而言，降雨的影響更大。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，9月初二級(jí)邊坡刷坡以后，9月20日—9月30日期間的降雨量達(dá)99.4mm，該次強(qiáng)降雨過(guò)程導(dǎo)致整個(gè)滑坡體劇烈滑動(dòng)，滑坡中部的最大位移接近5m，這次強(qiáng)降雨過(guò)程給施工帶來(lái)極大的困難，使滑坡區(qū)域內(nèi)的抗滑樁樁孔被毀壞，護(hù)壁完全破壞。此次降雨過(guò)程對(duì)坡體的影響持續(xù)了近半個(gè)月，直至10月6日前，滑坡體才逐漸趨于穩(wěn)定，此時(shí)坡頂和滑坡中部的最大位移已接近6m。

圖4中的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)即為7#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，降雨導(dǎo)致該點(diǎn)出現(xiàn)巨大水平位移，二級(jí)邊坡坡頂?shù)呐潘胧┍黄茐摹?/p>

圖4 測(cè)點(diǎn)7#現(xiàn)場(chǎng)變形情況

7#和11#監(jiān)測(cè)點(diǎn)都位于滑坡中部，它們的位移趨勢(shì)極其相似，代表了整個(gè)滑坡體的位移發(fā)展?fàn)顩r。從表1可以清晰地看出，滑坡位移及其速率與降雨量有直接的關(guān)系。該試驗(yàn)工點(diǎn)的滑坡土體由于經(jīng)過(guò)多次滑動(dòng)和反復(fù)的干濕循環(huán)，已經(jīng)失去整體性，土質(zhì)松散，裂隙高度發(fā)育。

表1 11#監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移與降雨量的關(guān)系

表1中數(shù)據(jù)表明，膨脹土邊坡位移與降雨量也是大致呈冪函數(shù)分布規(guī)律，采用冪函數(shù)對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合：

u=mxn

式中，u表示位移，x表示降雨量，m和n表示與滑坡物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。擬合結(jié)果為：常數(shù)m=2.38×10-6，n=4.65。即試驗(yàn)工點(diǎn)內(nèi)膨脹土滑坡淺表位移與降雨量的關(guān)系為：

u=2.38×10-6x4.65

擬合曲線見(jiàn)圖5：

圖5 膨脹土滑坡淺表位移與降雨量關(guān)系的擬合曲線

利用冪函數(shù)擬合工點(diǎn)內(nèi)膨脹土滑坡11#點(diǎn)淺表位移與降雨量關(guān)系，通過(guò)圖3可知，滑坡同一部位的7#和11#位移發(fā)展趨勢(shì)基本一致，利用冪函數(shù)擬合關(guān)系可以較好預(yù)測(cè)該部位的滑坡位移，精度較高。但圖3同時(shí)也表明，膨脹土滑坡中部和后緣的位移發(fā)展規(guī)律具有較大的差別，其中中部位移大，速率大；后緣位移較小，速率小。利用冪函數(shù)擬合用于滑坡位移預(yù)測(cè)時(shí)，建議在滑坡前緣、中部和后緣分別建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別形成相應(yīng)的擬合公式用于相應(yīng)部位的位移預(yù)測(cè)。

膨脹土滑坡的位移與降雨量有直接的關(guān)系，如果不及時(shí)進(jìn)行治理，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。另外，南寧的雨季集中在5—9月，因此可以將監(jiān)測(cè)期分為雨季和非雨季兩個(gè)階段。從表1、圖3分析發(fā)現(xiàn)，在雨季，滑坡體一直處于滑動(dòng)狀態(tài)，降雨量越大位移越大；在非雨季期間，坡體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，位移速率很小甚至接近于0。

3.2 二級(jí)邊坡開(kāi)挖的影響

二級(jí)邊坡開(kāi)挖時(shí)，坡腳進(jìn)行了填土反壓，填土反壓的目的本來(lái)是為了增大滑坡下滑阻力，便于上級(jí)邊坡的施工，但這次填土反壓并沒(méi)有取得應(yīng)有的效果。因?yàn)榕蛎浲粱碌幕瑒?dòng)面較淺，刷坡后，明顯可見(jiàn)滑動(dòng)面正好穿過(guò)二級(jí)邊坡的坡腳，刷坡反而使二級(jí)邊坡以上的坡體的下滑阻力變小。這也是9月20日—10月6日期間滑坡劇烈滑動(dòng)導(dǎo)致破壞的原因之一。

3.3 木樁臨時(shí)加固后的位移監(jiān)測(cè)

在10月6日再次對(duì)二級(jí)邊坡進(jìn)行了刷坡減載，同時(shí)在坡面上打入木樁，木樁深入滑動(dòng)面以下。此次施工之后，我們?cè)谄旅嫔喜贾昧巳舾蓽\表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)表明，木樁加固彌補(bǔ)了前期二級(jí)邊坡刷坡所引起的滑坡坡腳下滑阻力減小的問(wèn)題，在10—12月期間，坡面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量很小，平均位移量為32.7mm，平均位移速率0.5mm/天，而這些位移量還包含期間其他干擾因素造成的位移量 （如測(cè)點(diǎn)土體濕脹干縮等）；而圖1中，木樁加固后滑坡中部和后緣的位移曲線幾乎為直線，表明木樁臨時(shí)加固邊坡取得預(yù)期效果。

4 結(jié)論

（1）膨脹土滑坡中部和后緣的位移發(fā)展規(guī)律具有較大的差別，中部位移大，速率大；后緣位移較小，速率小。

（2）膨脹土滑坡的位移與降雨量的關(guān)系密切，利用冪函數(shù)關(guān)系擬合位移和降雨量的關(guān)系，通過(guò)滑坡相同部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的驗(yàn)證，具有較高的精度；實(shí)際應(yīng)用時(shí)，建議在滑坡前緣、中部和后緣分別建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別形成相應(yīng)的擬合公式用于相應(yīng)部位的位移預(yù)測(cè)。

（3）從兩次對(duì)二級(jí)邊坡進(jìn)行的開(kāi)挖過(guò)程可知，開(kāi)挖的最初目的主要是為了減載，但由于膨脹土滑坡的滑動(dòng)面較淺，開(kāi)挖后，反而在二級(jí)邊坡的坡腳揭露了滑動(dòng)面，加劇了滑坡的變形和破壞。因此，對(duì)于膨脹土滑坡，進(jìn)行減載時(shí)宜在滑坡后緣進(jìn)行，滑坡中部應(yīng)謹(jǐn)慎開(kāi)挖。

（4）木樁加固后滑坡中部和后緣的位移曲線幾乎為直線，表明木樁臨時(shí)加固邊坡取得預(yù)期效果，且具有很好的經(jīng)濟(jì)性。