魏东旭 朱琦 李广景 张鑫

摘 要：为了有效控制震后山体滑坡、崩塌现象的蔓延，保证高速公路建设及运营安全，以震后宜毕高速公路K3段为研究对象，开展震后应急勘察工作，采取注浆、排水和反压等手段对边坡滑坡进行位移和沉降监测。利用Geostudio中的Slope/W模块分析加固后的滑坡稳定性，计算边坡的屈服加速度，提出根据预应力锚索进行加固的治理方案。结果表明，滑坡在地下水和地震的共同作用下產生，土体薄层状结构及岩层顺倾均加剧了滑坡形成，尽管地震作用对边坡整体稳定性有较大影响，但实施的应急处置措施遏制了滑坡的进一步变形，经过计算，边坡加固处理后屈服加速度为0.07 g ，安全系数为1.3，符合相关规范要求。可见，边坡滑坡体位移在震后初期得到了有效控制，治理措施有效提高了该边坡的稳定性。处置方案对类似高速公路的建设与维护具有借鉴意义。

关键词： 道路工程其他学科;地震;滑坡;应急调查;处置方案

中图分类号： TU44   文献标识码：  A

doi：  10.7535/hbgykj.2020yx06008

Research on emergency treatment of slope landslides at K3

section of Yi-Bi Expressway after earthquake

WEI Dongxu， ZHU Qi， LI Guangjing， ZHANG Xin

（Shandong Provincial Coummunications Planning and Design Institute Company Limited， Jinan， Shandong  250031， China）

Abstract：

In order to effectively control the spread of landslides and collapses after the earthquake， and to ensure the safety of expressway constructions and operation， the K3 section of Yi-Bi Expressway was taken as the research object to carry out a post-earthquake emergency survey. The displacement and settlement of the slope landslide were monitored by the methods of grouting， drainage and back-pressure. The Slope/W in Geostudio was used to analyze the stability of the reinforced landslide and to calculate the yield acceleration. And the treatment scheme of slope  reinforcement  was proposed by using prestressed  anchor  cables. It is shown that

the landslide is caused by the combined action of groundwater and earthquake， and is exacerbated by the thin layered structure of soil and the layered rock with inclination， although the overall stability of the slope is  impacted  by the earthquake， the emergency treatment scheme can prevent the  landslide from further deformation. The yield  acceleration  after the slope reinforcement is 0.07 g  and the safety factor is 1.3 based on the calculation， which can meet the  requirements  of correlative specifications.

It is thus clear that the slope landslide displacement is effectively controlled in the early post-earthquake period;  the stability of the slope is effectively improved by the treatment measures.

The treatment scheme   results  provides a reference for the construction and maintenance of similar expressways.

Keywords：

other subjects of road engineering; earthquake; landslide; emergency survey; treatment scheme

云南地区地势高，地质构造复杂，高频率地震多发，地震后滑坡、崩塌等地质灾害频发，严重威胁人民生命财产及工程结构的安全  [1-6] 。因此，对震后边坡进行调查，有针对性地开展震后边坡应急处理显得尤为重要。何宁等  [7] 提出了采用废旧轮胎加筋挡墙结合生态护坡技术治理震后山体滑坡的方法，并指出在余震和降雨情况下会有新的灾害发生;余健等  [8] 对芦山地震后某巨型古滑坡提出了护坡排固的综合防治措施，认为地面水体下渗会加剧滑坡位移;谭彬建等  [9] 针对汶川地震后某滑坡根据定量计算结果提出了治理措施，为震后滑坡处理提供了参考;吴丽等  [10] 根据边坡治理工程及震后灾区余震不断等现状，设计了风险识别的分解模式，并使用风险矩阵图法进行风险评价，为边坡余震风险评估提供了新思路;陈紫云等  [11] 以G213国道映秀至汶川公路抢险保通的工程实践为例，总结了极震区崩塌灾害对公路造成的危害，并探讨了危岩体防治措施，提出在极震区域需关注余震对危岩体的诱发;杨凯  [12] 针对四川汶马高速公路地震烈度为Ⅷ度的震后滑坡体综合治理，确定了合理的滑坡体综合治理方案。由以上分析可知，针对地震后突发性地质灾害进行应急处置非常重要  [13-16] ，但已有的关于余震后边坡应急处理措施的研究对于监测的关注度还不够，因此需进一步开展余震对边坡整体稳定性影响和震后应急措施的研究。

宜宾至毕节高速公路K3段路堑高边坡，在地震后局部失稳并产生位移，在设计路线一定范围内的房屋出现开裂。根据该边坡滑坡的变形特点，笔者结合震后应急调查，对该边坡失稳进行分析，提出了对高边坡进行震后进行加固的方案。

1 工程概况

本项目位于宜毕高速公路K3段，属四级路堑高边坡，总长约190 m，最大开挖高度43.79 m，原坡体防护措施为锚杆框格梁。

边坡地貌构造剥蚀丘陵地貌单元，地形陡峭，地势起伏较大，地形整体南高北低，地面标高593.50～710.60 m，相对高差104.5～117.1 m，山体坡向总体呈北北东向，自然坡度35°，地形属易滑地形  [1-3] 。

该边坡所在地区地层岩性自上而下依次为覆盖层第四系残坡积（Q    dl+el 4）砾质粉质黏土（棕黄色、黄褐色），下伏基岩为奥陶系下统湄潭组、红花园组（O    m+h 1）的全-强风化页岩（棕褐色）、全-强风化炭质页岩（灰黑色、灰绿色）及中风化灰岩（青灰色）。其中全-强风化泥质页岩主要分布在第三、四级坡体，全-强风化炭质页岩主要分布在第一、三级坡体和坡脚范围内，其中全风化炭质页岩为软弱夹层，且开挖暴露地表后极易风化软化、崩解，坡体结构为上硬下软;边坡岩层优势结构面350°～356°∠22°～33°，倾向开挖临空面，属于典型的煤系地层顺层边坡  [4-5] ，工程地质性质极差。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），威信县三桃乡边坡区地震动峰值加速度值为0.05  g ，地震动反应谱特征周期为0.40 s，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组。该边坡于2018年5月开始现场施工，2018年12月下旬开挖第一级边坡。2019年1月15日，威信县地区（坐标：28.07°N，105.02°E）发生3.1级地震，次日滑体上部形成多条张拉裂缝及错台，坡体变形异常，表层出现多级次级小滑坡发育，第二、三级边坡部分段出现垮塌，边坡滑坡范围如图1所示。

2 震后应急处置及边坡滑坡情况调查

2.1 应急措施及效果

对震后边坡滑坡首先采取了相应的应急措施，为防止雨水下渗造成滑动带进一步软化，对边坡、平台及坡顶裂缝注浆后用素混凝土封堵或者用塑料薄膜盖住裂缝以及变形区。由于地下水会降低边坡的稳定性，对该滑坡嵌顶截水沟进行施工，防止嵌顶外侧的地表水进入边坡体内，对边坡体仰斜式排水管进行施工，对出水较多地段进行加密，排出坡体内的地下水，提高边坡体的自身稳定性，将坡脚处积水排出，防止坡脚的炭质页岩进一步软化。同时在第一级边坡锚索施工后，立即进行反压，遏制坡体进一步变形，为后续滑坡的治理工程赢得时间。

由图2、圖3中的监测结果可以看出，2019年4月5日—19日各监测点均发生了较大的位移及沉降突变，由于受地震作用，岩体结构进一步遭到破坏，

加之该时间段内持续集中强降雨等因素，抗剪强度降低。2019年6月初完成了嵌顶外侧及坡面的裂缝封堵、坡脚反压、增设仰斜式排水孔、坡体预应力锚索张拉等工作后，场区附近先后发生了云南永善县3.8级、4.1级地震，四川长宁县6.0级、4.6级地震，四川珙县5.4级地震。地震后各监测点的位移及沉降曲线均未发生突变现象，监测点累计水平位移有下降趋势且趋于稳定，表明应急处置措施实施后遏制了滑坡的进一步变形，达到了预期效果。

2.2 边坡滑坡变形监测

对震后边坡滑坡进行调查发现，现场有明显出水点，坡脚长期有水渗出，滑坡分布高程为600～660 m，滑坡体宽为105～120 m，长为190 m，主滑方向为5°左右，路线走向为96°，滑动面倾角为 20°～32° ，滑体厚度为10～25 m，投影面积为15 000 m 2，滑面埋深为15～20 m，滑坡体积约为27×10 4  m 3，为中型中层牵引式基岩滑坡。

为具体掌握滑坡的变形动态  [8] 、确定滑坡范围、滑坡的主滑方向，在震后应急调查前期对滑坡体进行地表位移观测，在滑坡体范围内外布设了22个监测点，形成监测网，对强变形区进行了加密，位移监测平面图如图4所示。

由图2—图4可知：

1）由位移量较大的监测点JC2-2，JC2-3，JC3-1，JC3-2，JC3-3，JC4-1，JC4-2，JC4-3，JC5-1，JC5-2，JC5-3等位移矢量可知，滑体的滑动方向倾向于路基，主滑方向为5°左右;

2）威信县地区发生3.1级地震后边坡监测位移发生了突变，裂缝继续发育，2019年1月13日-19日累计水平位移超过100 mm，对应为前六天的监测结果，说明地震作用对该边坡整体稳定性有较大 影响。

3 边坡滑坡失稳分析及治理方案设计

3.1 边坡滑坡失稳分析

分析该边坡的地层构造，场区地质构造作用强烈，褶皱及节理裂隙极其发育，岩体以散体状-碎裂状为主，岩体完整性差。滑坡区单斜构造，产状相对稳定，经基岩露头量测，岩层产状为356°∠30°，主要节理产状有：16°∠20°，240°∠75°，300°∠89°等，线路走向96°，赤平投影分析如图5所示。

由赤平投影分析可知：边坡岩层层面及节理1面与坡面倾向呈小角度相交，二者倾向为外倾关系，且倾角小于坡角，对边坡稳定性影响较大，因此边坡开挖后，该侧边坡可能会沿岩层层面及节理1面产生滑动。滑坡区为单斜构造，岩层产状与边坡坡向呈顺倾关系，坡体泥质页岩及炭质页岩呈薄层状构造，坡体薄层状结构及岩层顺倾均加剧了滑坡形成。

该边坡的稳定性受到地下水的影响，区内降雨量丰富，平均降雨量为1 200 mm，一年中约有230 d处于雨季。边坡体节理裂隙发育，为雨水下渗提供通道，进一步软化岩土体及结构面，力学强度降低，自重增大，地下水在后缘裂隙中形成的静水压力以及在滑体中形成的动水压力进一步增加下滑力。

高陡边坡的开挖以及大里程侧的深切沟为滑坡形成提供了临空面，对边坡体稳定性影响较大。2019-01-15在威信县地区发生的3级地震直接加速了该滑坡的形成。

坡体上的砌体结构房屋的震后情况如图6所示。坡体上分散的砌体结构房屋出现了较多的水平裂缝和垂直裂缝，且裂缝均未从地面起裂，属于典型的地震诱发的房屋开裂缝特征，因此在地震和强降雨的作用下，形成了现有滑坡。

根据现场地质调查、钻探及坡体后房屋裂缝情况推断，由于工程开挖引起的滑坡范围（坡口线外侧约50 m，嵌顶外50～400 m）内的地表裂缝和房屋開裂是受地震作用及深切沟的影响形成的。

3.2 治理方案设计

对该滑坡进行治理，并利用Geostudio软件对计算滑坡的剩余下滑力。

对该滑坡进行加固设计，并采用传递系数法计算加固后滑坡的稳定性。该滑坡在震前1—4级采用锚杆进行加固，震后主要采用预应力锚索进行补强加固，在滑体处1—3级设置预应力锚索，4级设置锚杆。设计方案为1）1—3级：K3+405～K3+520段采用3 排预应力锚索格梁加固，锚锁长为35.0 m，间距为3 m×3 m，倾角为160°，采用5束锚索，每束锚索为100 kN/m，格梁内挂网客土喷播防护;其余坡面采用挂网客土喷播防护。2）4级：K3+450～K3+500  段采用3 排锚杆格梁加固，锚杆长为11.0 m，间距为3 m×3 m，格梁内挂网客土喷播防护;其余坡面采用挂网客土喷播防护。3）5级：全坡面采用CF生态网植草防护。利用Geostudio中的Slope/W模块对该治理方案进行 验算。

滑坡主滑断面的确定：滑坡计算的后缘以滑坡最后一条倾向路基方向的贯通性裂缝为准，前缘为坡脚全风化炭质页岩的应力集中位置。结合现场岩土体性质，主滑带与岩层产状大体一致，倾角约为30°。表1给出了稳定性分析中岩土体的相关参数。

滑带土参数取值对稳定性分析较为重要，对滑带土参数进行反算，根据现场记录，2019年4月5日—19日期间，该滑坡的累计水平位移量从283 mm突变为500 mm，最大位移速率达到34 mm/d，平均位移速率为15.5 mm/d，大于10 mm/d，表明滑坡发育阶段为剧滑阶段，取稳定系数 Fs =0.950。反算滑带土参数指标是在滑坡治理工程实施前，可能滑面的变形活动特点及相应稳定程度的基础上，评估滑坡的 现状稳定系数，把既有锚固工程等结构对地层的加固等效成复合岩土抗剪参数，即综合抗剪强度参数。在此基础上计算得到如表2所示的饱水状态下的滑带土参数。

设置预应力锚索后的滑坡安全系数为1.3。由于在地震中该滑坡产生了较大的滑动位移，因此需要考虑该滑坡的动力稳定性，采用Quake/W进行分析得到其屈服加速度为 0.07g。考虑到地震烈度为6度时，对应场地的地震波的峰值加速度为0.05g。由于屈服加速度大于0.05g，因此在地震烈度为6度时，该边坡较大概率不会产生位移。

3.3 优化因素分析

滑坡的治理方案设计需要考虑工程造价、现场施工条件及现场的地质条件等因素。本文的滑坡治理采用了预应力锚索加固设计。

该滑坡所处场地场区地层含水性、富水性较好，另外，工程开挖后的人工坡面成为新的地下水排泄通道，渗透途径变长，地表水易下渗进入坡体。而在2019年4月5日—19日期间，场区经历连续集中强降雨，地表水及雨水沿表层土的孔隙及岩层裂隙下渗，边坡岩土体处于饱水状态，自重力增大，下伏基岩的页岩、炭质页岩，遇水易软化、崩解，抗剪强度急剧降低，抗滑力减小。因此在滑坡治理中对地下水的处置非常重要。

上覆荷载也是边坡设计中需要考虑的重要因素，对第四、五级边坡可适当刷方减载，减小下滑力。另外，该滑坡上存在砌体房屋，尽管在开挖过程中未对边坡的稳定性造成影响，但是在地震作用下，由于潜在滑动面的存在，会进一步降低该边坡的稳定性，因此在进行滑坡设计治理时，应拆除嵌顶处因防护补偿不足而引起开裂的房屋，并对坡顶进行适当卸载，最大限度降低险情。

该高边坡加固还 需考虑另外2个问题：1）工程边坡开挖引起的坡口线外侧50 m范围内的坡体变形;2）高边坡在一定范围内受大里程侧深切冲沟影响的变形。因此在边坡加固中也可以在高边坡坡脚部位设置抗滑桩对坡体的整体稳定性进行支挡加固，考虑到其在地下水的作用下对桩体的锚固力贡献有限，在抗滑桩前部可设置3排钢管注浆来提高抗滑桩锚固段的锚固能力。

4 结 语

宜毕高速K3段路基坡体在震后产生滑坡，本文对该滑坡进行震后勘查，并根据地层条件对其进行加固设计。通过分析计算，得到以下结论。

1）该坡体为典型的顺层、极软岩、膨胀岩及煤系地层等复合型边坡，由于场区降雨量丰富，地下水发育，地形上受深切沟和工程开挖形成的高陡临空面影响，同时施工期间受多次地震作用，导致了该边坡的失稳。

2）通过设置预应力锚索，并对边坡的稳定性进行分析，得到治理后的边坡安全系数为1.3。进一步对该边坡的屈服加速度进行计算， 得到屈服加速度为0.07g，结果表明治理措施有效提高了该边坡的稳定性。

3）通过对滑坡失稳分 析，结合地表变形观测，在地下水和地震的共同作用下，形成了相应的滑坡，滑坡由于工程开挖引起的范围为坡口线外侧50 m;由于地震后坡体位移发生突变，坡口线外侧50～400 m范围内房屋出现明显的地震剪裂缝。采取震后应急措施，有效限制了在余震中该滑坡的位移。

4）结合现场实际，在滑坡治理中应综合考虑滑坡形成因素，重点考虑地下水及现场地层条件对滑坡形成的影响，同时应采取合理的监测措施，加强监测、巡查，确保边坡体的稳定性。

本文结合宜毕高速公路K3段的坡体震后应急处置方案开展相应研究，分析震后滑坡的产生机理，尽管采取的震后处理措施使滑坡位移得到了有效控制，但研究边坡稳定性时，仅进行了二维分析，未考虑空间效应对边坡稳定性的影响，另外现场地表变形观测受到了传感器埋设位置和精度的制约，因此在后期研究中应当合理布置传感器的位置，并增加观测频率，或采用分布式光纤监测方法进行持续监测，以克服传统监测方式的不足。

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