２ 斜坡体变形特征和膨胀土特性及影响因素 成上部新修的配套用房基础发生弯曲破坏（图２）。据该区 据 竺 变 态 形 ，征 便于进行表述 亨 ，：区域位于不稳定斜坡中部，长约２００ ｍ，￣Ｊ ２３０ ｍ，面 域在 ： 量亭 坡大区划分成的基．， 和。 分类成 奎 积约矗０坡度为５。，ｋｍ高程５２７．０～５５７．０ ，前部坡度为１０。 ￣＝Ｐ伽＋ｎｈ上Ｌ由：丢。，前缘为人工切 ， ～一 ～１０－０Ⅱ２０。Ｎｒ￣８． ．．． １３２ １２￣ｍ，，．．，、ＩＩ 二个亚区域（图４）。 …。… ‘……………” 。图４斜坡破坏特征分区 根据不稳定斜坡变形形态区域划分（图４），Ｉ．区域位 于不稳定斜坡东侧，长约２２０ ｉｎ，宽约１８０ ｉｎ，面积约０．０３ ｋｍ ，高程５２３．００—５５７．００Ｉｎ，前部坡度为８。一１０。，后部坡度 为１５。～２０。，前缘为人工切坡，高度１０．０—１２．０ ｍ。其上发 该区域变形相对较小，仅发育１条裂隙，延伸长度为５．２ ｍ， 裂隙张开度为１Ｏ～２０ ｍｌｎ（图５、图６）。根据该区在Ⅱ。区内 的变形监测数据反映，每天的变形量在２～５ ｍｍ／ｄ左右，变 形相对较小。 １２２ 四ＪＩｌ建筑第３２卷４期２０１２．０８ ・岩土工程与地下工程－． 续表１ 续表３ 频数 ２０ ２０ 指标 液限Ｗ Ｌ（％） 塑限Ｗ Ｐ（％） 范围值 ３７．Ｏ～４５．３ １９．４—２１．９ 变异系数 Ｏ．０５ ０．０４ 标准值 ３９．Ｏ２ １９．８３ 指标 饱和粘聚力 ｃｆｋＰａ） 天然粘聚力残值 Ｃ（ｋＰａ） 天然内摩擦角 残值 （。） 饱和粘聚力残值 Ｃ（ｋＰａ） 饱和内摩擦角 残值 （。） 频数 ６ 范围值 １０．变异系数 ０．５６ 标准值 １０．５８ ０—１３．３ ６ ６ ６ ９．液性指数，Ｌ ２０ Ｏ．１３—０．７６ ０．２４ Ｏ．２３ Ｏ一１９．１ Ｏ．２８ １１．６９ 塑性指数， 压缩模量 Ｅｓ（ＭＰａ） ２０ ２０ ｌ７．２～２３．６ ４９４一ｌＯ ８６ ．０．ｏ９ ０．２ｌ ｌ８．８２ ５．７３ １Ｏ．０～１２．６ ０．０７ Ｏ．３６ １０．１９ ６．３２ ５Ｏ一１４．２ ．６ ７．１ ｌ０．０ Ｏ．１０ ７．８６ 表２胀缩试验统计表 统计 ５０ ｋＰａ下 膨胀力 项目 的膨胀 Ｐ （ｋＰ率（％） ａ） 样本量 最大值 最小值 自由 收缩系数 膨胀率 含水比 ６＾６ （％） 。。表４ Ⅱ２区粘土剪切试验结果统计表 指标 天然粘聚力峰 值Ｃ（ｋＰａ） 天然内摩擦角 峰值 （。） 饱和粘聚力峰 值Ｃ（ｋＰａ） 饱和内摩擦角 峰值ｐ（。） 频数 ６ ６ 范围值 ２２．变异系数 标准值 ６ ０．５６ Ｏ．０２ ６ ３９．５ ２９．５ ６ ５１ ４０ ６ ０．４８ Ｏ．３２ ６ Ｏ．７０ ０．５０ Ｏ～３６．０ ０．１６ ０．Ｏ８ Ｏ．２７ ２６．９４ １３．９２ １８．３３ １３．５７～１６．６０ ０～３Ｏ．Ｏ 平均值 标准差 变异 系数 ０．３３ ０．２４ ０．３５．８ ３．６８ ４５．３３ ４．３２ Ｏ．４２ Ｏ．Ｏ６ Ｏ．６２ ０．Ｏ３ ６ ６ ｌ６．１１．７～７４ Ｏ．１Ｏ Ｏ．１Ｏ Ｏ．３８ Ｏ．０５ １４．６ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．２８ ０．ｏ６ ０．２８ １２．３９ １６．４２ １２．２４ ｌ１．２９ 试验统计结果表明，该黏土层天然含水率较高，液限和 塑限及塑限性指数均较大，且具有典型膨胀性黏土的特征。 通过胀缩性分析统计可知，该黏性土膨胀力最大为７２．８０ ｋＰａ，自由膨胀率最大为５２％，最小为４５％，平均值为４８％， 具弱膨胀潜势 。Ｊ。 天然粘聚力残 值Ｃ（ｋＰａ） 天然内摩擦角 残值 （。） 饱和粘聚力残 值Ｃ（ｋＰａ） ６ ６ １３９２～３Ｏ．Ｏ ．ｌ１９０～１３．７０ ．６ ９０—２２．Ｏ ．由于变形后斜坡的勘察在处于丰水期期间进行，降雨的 频率和降雨量均较大，对现场取样和试样的符合性有一定困 难和不同程度的影响，但并不影响对斜坡土体整体性状的判 定。由于本地区干湿交替频繁，在强降雨和干旱等不利气候 饱和内摩擦角 残值ｐ（。） ６ ７Ｏ～１２．５０ ．Ｏ．２２ ８．３６ 通过表１一表４的对比不难发现，该斜坡膨胀土在Ⅱ 区 内的各项ｃ、妒值指标均低于Ⅱ：区。通过现场的调查分析， 的影响下，斜坡膨胀土土体内部水分强烈急剧变化，膨胀土 土体内部由于水富集程度的提高，增大坡体的容重的同时也 就增加了促使坡体不稳定的下滑力，同时降低了坡体和结构 面的抗剪强度，并加大了地表水渗入坡体的速度和数量，进 一主要原因在于Ⅱ 区坡度较缓，Ⅱ 区较陡，在大气降雨到地 面时，Ⅱ．区地面径流较慢，加上该区裂隙发育，使其地表水 大量下渗，很大的影响了其岩土性状。由此可见水对膨胀土 的影响主要表现在三个方面：一是稠度状态的改变，在膨胀 步加剧斜坡的变形破坏。 鉴于该不稳定斜坡坡体在Ⅱ，。区、Ⅱ ：区变形破坏特征 存在明显差异，勘察时对变形破坏区内的黏土（滑带土）进行 了分区取样和试验，强度指标综合取值如下表３和表４。 表３ １Ｉ，区粘土剪切试验结果统计表 土中，随着含水量的增加，土体的稠度状态发生变化，一定程 度上影响土体的结构性；二是容重的变化，随着含水量的增 加，膨胀土有效容重变小；三是孔隙度的改变，由于膨胀土富 含有强亲水性的蒙脱石、伊利石黏土矿物，当水分进入土体 标准值 １６．４ｌ 指标 天然粘聚力 Ｃ（ｋＰａ） 天然内摩擦角 （。） 频数 ６ 范围值 ｌ３．变异系数 ０．２３ 时，这些颗粒就吸咐着大量的水分在自身周围形成水膜，使 颗粒周围的结合水膜增厚，颗粒问的距离增大，土体中的原 始孔隙度增大，使颗粒问的连结力减小，导致土体的抗剪强 度降低。由于Ⅱ。、Ⅱ 区膨胀土受干湿交替、裂隙发育、开挖 及水体渗入影响因素等不同，导致两个区内土体的物理力学 参数差异明显。总之，该斜坡体以弱膨胀土体为主，对水敏 感性且影响显著。 ２．３斜坡变形影响因素 ０～３５．Ｏ ６ ｌ１．Ｏ～１５．１ Ｏ．１６ １１．９１ 饱和内摩擦角 （。） ６ １１．Ｏ～２１．０ ０．２３ １３．９ｌ ｌ２４ 四川建筑第３２卷４期２０１２．０８ ・岩土工程与地下工程， 不稳定斜坡坡体为膨胀土，促使其变形为内因和外因联 合作用的结果。变形内因主要为士体的胀缩性、地表水下渗 后部土体产生裂缝增加，促使下部坡体加速向前滑移变形的 同时，使得坡体形成面向坡下的台阶（图１０），并具有一定的 牵引性，逐步形成渐进性滑移带。 （３）蠕滑破坏阶段。随裂缝增多和剪切变形进一步发 展，中部剪应力集中部位可被扰动扩容，斜坡下半部分逐渐 改变土体形状（软化）等；变形外因主要为坡前无治理措施和 不合理的人工切坡形成临空面和坡顶大量堆土附加荷载。 其中水的作用因素又是影响外因素的关键，对膨胀土斜坡稳 定性起到主要控制作用。 隆起。随着变形开展，斜坡体变形发生转动，后缘明显下沉， 拉裂面由开初的张开转为渐趋闭合，裂缝两侧面的互错方向 与前一阶段恰好相反。这些迹象预示变形进入累进性破坏 阶段，一旦潜在剪切面被剪断贯通，则发展为滑动，后缘形成 明显密集的拉裂加速蠕变（图１１）。 ３不稳定斜坡变形成因机制分析及状态判定 ３．１坡脚临空应力松弛及坡顶超载成因机制 由于斜坡坡体主要为覆盖与顶板一定坡度泥岩上的具 有膨胀性的黏性土，在坡体前缘开挖造成临空面时，由于坡 体下部卸荷、土体纵向松弛、崩裂等原因，在土体发育较多裂 隙的浅层形成应力释放区，坡体土体崩垮松散，坡顶超载更 加剧了土体侧胀和土体内裂隙发展；而深部土体则侧胀不明 显，因此，在深浅交界处裂隙卸荷带产生较大水平剪应力而 形成潜在滑带，并逐渐随着裂缝的发展深入至泥岩层，斜坡 体形成沿基覆界面发生滑移变形。下部土体滑动后，上部土 体所受的侧向阻力消失，形成了与下部土体相同的应力状态 图９表层蠕动变形阶段 图ｌ０后缘拉裂变形阶段 和空间条件，便再次产生向后缘延伸的拖曳中部及牵引后部 滑移。在平缓宽阔的边坡上，上部土体有可能和下部土体的 再滑移同时产生，形成多级滑移。 ３．２坡体岩性成因机制 由于斜坡坡体主要为膨胀性土，坡体下部卸荷、土体纵 向松弛、崩裂、干湿交替等原因，在应力释放和崩垮时，使土 体原已浅部存在较多的裂隙更加发育，并逐渐发展深入至泥 岩层，透水性随深度由强变弱。大气降雨后，由于坡体坡度 较缓，地表径流较慢，增加了雨水的下渗量。浅部土体在遇 水后迅速膨胀，形成更明显的应力释放区，坡体土体崩解、松 散，而深部土体则膨胀不明显，因此，在卸荷裂隙不显著的深 浅交界处带形成潜在滑移面。由于泥岩的弱透水性（隔水 依据上述分析，勘察阶段Ⅱ 区域已处于后缘拉裂变形 图１１加速蠕变破坏阶段 阶段，前缘滑动的阶段，Ⅱ 区域由于其土层厚度较薄（仅 ２．００ ｍ），受Ⅱ 。区域牵引力有限，正处于表层蠕动变形阶段。 ３．４各区域状态判定 层），地下水渗入后，膨胀土体在水体作用下崩解、软化，则形 成基覆界面上的滑移带。下部土体滑动后，上部土体所受的 侧向阻力消失，便产生进一步滑动。在平缓宽阔的边坡上， 根据上述分析，该不稳定斜坡体纵向上，．区域由于斜 坡体人为堆载及边坡开挖，斜坡变形量较大；，，区域虽然其 前缘开挖高度较大，但因其土层厚度较小，且坡面坡度较为 平缓，其变形量也较小；， 区域由于膨胀土厚度大，且坡度相 上部土体有可能和下部土体的再滑动同时产生，形成多级 滑动。 ３．３滑移渐变成因机制 对较陡，前缘开挖高度较大，变形量也较大。纵向上由于Ⅱｉ 区域内膨胀土厚度较大，加上前缘大量开挖坡脚和坡体上部 在应力松弛和坡体岩性成因机制基础上，伴随着坡体后 堆载，使得该区域内变形位移较大；ＩＩ。 区域由于膨胀土层较 薄，加上Ⅱ 。区域尚未形成滑动，其牵引力较小，变形也不明 显，处于表层蠕动阶段。 缘自坡面向深部发展的拉裂缝的发育和发展，引发斜坡体向 坡前临空方向发生不同发展状态过程的剪切蠕变滑移的加 剧，最终形成大范围的变形破坏。 （１）表层蠕动变形阶段。工程建设过程中，在未做好有 ４斜坡稳定性计算及防治措施及建议 ４．１稳定性计算 效支护的情况Ｆ，进行大量开挖前缘坡脚，导致坡脚应力集 中，力学平衡被打破，坡体产生卸荷变形。特别是膨胀土，因 其存在着较大的水平应力，开挖将会导致坡脚～前缘附近产 根据坡体物质膨胀土特性分析及结合变形迹象调查，本 文仅通过选取位于，ｌ、，’、， 区域的２—２’、４—４’及７—７’剖 面上的Ⅱ．．、Ⅱ 区域稳定计算，分析整体稳定性。由于该斜 坡主要是沿基岩面界面滑动，暴雨为其主要因素，因此，计算 生严重的剪应力集中与应力重分布，在坡体浅表层产生松弛 变形，后缘产生拉应力（图９）； 中主要针对自重加暴雨的工况，其安全系数取１．１。计算分 区条块图见图ｌ２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。 计算采用的参数在试验数据基础上，兼顾当地的工程经 验及反演计算确定。其中天然重度取２０．ｏ ｋＮ／ｍ ；饱水重度 取２２．０ ｋＮ／ｍ ，其它计算参数取值见表５。 （２）后缘拉裂变形阶段。不稳定斜坡体东部后缘，人工 堆载了大量弃土，使得坡体上部土压力增大，加大了斜坡的 下滑力，而前缘的人工开挖坡脚使得之间压力差加大，从而 很大程度上加剧了裂缝的发生和发展。坡体前缘滑移，带动 四川建筑第３２卷４期２０１２．０８ １２５ 岩土工程与地下工程 图１２（ａ）计算剖面２—２ 图１２（ｂ）计算剖面４—４ 圈１２（ｃ）计算剖面７—７ 表５滑带土抗剪强度参数综合取值表 分区 指标 试验成果 表６分区条块计算成果统计表 剖面编号 计算工况 ＩＩ．区域天然状态 内聚力Ｃ（ｋＰａ） 内摩擦角 （。） １０ １２ ６ 稳定 系数 １．０３５ １．１７６ １．Ｏ９８ 剩余下滑力（ｋＮ） ２—２’（ＩＩ 区域） ２—２’（ＩＩ ２区域） ４—４’（Ⅱｌ区域） 自重＋暴雨 自重＋暴雨 自重＋暴雨 １０４４．５４ Ｏ．００ ５４４．３９ ＩＩ ｔ区域饱和状态 内聚力Ｃ（ｋｅａ） 内摩擦角 （。） ＩＩ ２区域天然状态 内聚力ｃ（ｋＰａ） 内摩擦角 （。） ７ １４ ｌ６ ４—４’（Ⅱ２区域） ７—７’（１Ｉ】区域） ７—７’（Ｉ１ ２区域） 自重＋暴雨 白重＋暴雨 自重＋暴雨 １．６１４ ｌ＿０３５ １．３３７ ０．０ｏ ４９９．２３ ０．０ｏ ＩＩ ２区域饱和状态 内聚力ｃ（ｋＰａ） 内摩擦角 （。） １０ ｌ２ 计算结果统计详见表６。 通过上表统计结果分析可知，在自重加暴雨工况下，ｌ、 ，２、，，三个区域整体上稳定性系数均小于１．１，处于欠稳定状 态，且，ｌ、，，区域较， 区域稳定系数较小，剩余下滑力较大， １２６ 四ＪＩＩ建筑第３２卷４期２０１２．０８ － 岩土工程与地下工程 稳定性相对较差；而Ⅱ 区域相对Ⅱ。 区域而言，由于Ⅱ。。区 坡，具有裂隙发育、亲水性强、遇水后抗剪强度弱化，是变形 域尚未出现整体下滑而形成临空面，因此，该区域目前处于 基本稳定状态。计算结果与现场调查的结论基本相符。 通过计算，目前Ⅱ。。区斜坡处于欠稳定状态，边坡安全储 体变形的内在因素；大气降雨人渗和变形体前缘边坡开挖形 成的临空条件是诱发和促成该变形体变形的主要外在因素。 （２）膨胀土斜坡的稳定性分析，应结合地形、地貌和变形 形态及特征，采取分区分段的进行。 （３）膨胀土不稳定斜坡的变形主要是以蠕动、拉裂变形 为主，且前部蠕滑牵引后部变形的渐进破坏模式。 （４）膨胀土不稳定斜坡，应针对变形体内外影响因素，采 用“转离弃土、裂缝封填、修建截水沟、抗滑支挡”等切实有效 备较低；Ⅱ。：区斜坡目前处于基本稳定状态，当Ⅱ． 区变形加 大，带动Ⅱ， 区变形，则可能转向欠稳定甚至不稳定状态，其 安全储备不大。 ４．２边坡防治措施建议 对该不稳定斜坡的治理应依据膨胀土的特性、坡体前缘 开挖形成ｌ临空面和膨胀土坡体以及在降雨等因素作用等诱 的综合治理措施。 因和机制，可采取综合治理措施： （１）对该斜坡体上裂缝进行封填，并转离坡体上部的堆 参考文献 载弃土，减少地表水下渗和超载作用； （２）在斜坡体后缘和中部修筑截水沟和排水沟，形成有 ［１］郑勇．膨胀土边坡失稳成因机制及其演化过程分析［Ｊ］．中国 效的地表排水系统； 水运，２００９（１２）：１４２～１５３ （３）针对建（构）筑物与不稳定斜坡的相互位置关系，在 ［２］黄帮芝．膨胀土类滑坡形成条件与成因机制分析［Ｊ］．资源环 开挖坡体前缘修筑抗滑柱或挡土墙等进行支挡和防护。 境与工程，２００６（４）：４０４—４０９ 通过后期的监测资料来证实，治理效果明显，达到了预 ［３］蔡元德．膨胀土边坡滑坡机理及成因分析［Ｊ］．科技经济市场， 期的治理目标。 ２００８（７）：２６—２７ ［４］ 徐池明．湖北省三峡库区兴山县王家岭滑坡勘查报告［Ｒ］．湖 ５结论 北省地质灾害防治工程勘查院，２００２ 通过对膨胀土斜坡的物质组成、变形特征及成因等分 ［５］ 陈璋．膨胀土路基边坡稳定性分析及边坡综合治理研究［Ｄ］． 析，可以得到以下结论： 长安大学，２００２ （１）由富含蒙脱石的黏土夹卵石等物质组成的膨胀土斜 ［６］ＧＢＪ １１２—８７膨胀土地区建筑技术规范［Ｓ］ 舔 希 希 乖 乖、ｒ，乖 乖 希、ｒ， 尔 、ｒ，乖 不 乔 不 尔 尔 不 筇 ！绵 ．绵 ；． ！ ！铞 （上接第１２０页） 一种新型支挡结构体系，主要包括注浆提高结构面抗剪强 ②管微型桩所能承受的剪力为： 度、微型桩加固不稳定岩土体和预应力锚索控制边坡滑移三 Ｐ＝Ｒ＝ 浆体＋Ｒ钢管 种工程措施。该边坡挡墙通过注浆钢管微型桩一锚支护体 ｚｒｄ ［ｒ］ 系的综合治理，经过三个月的监测，特别是在挡墙前缘冲孑Ｌ 一Ｉ－一－，ｒ（ａ 一ｄ；）［ｒ］２ － ４ ４ 桩施工完毕后，挡墙变形基本停止，边坡处于稳定状态，钢管 ＝３６４．７４２ ｋＮ 微型桩由于其稳定边坡见效快，施工方便，安全可靠，是边坡 当设置３排桩时，Ｐ＝３６４．７４２×３＝１０９４．２２６ ｋＮ。 事故治理中首先考虑的措施，由于在施工中采用了预应力锚 ３．３综合分析 索锚固的方法，改变了钢管微型桩的悬壁受力状态，提高了 通过分析，钢管微型桩的抗弯力远远小于其抗剪力，在 钢管微型桩抗弯能力，发挥了钢管微型桩的抗剪能力大的优 本加固方案的分析中可以近似忽略钢管微型桩的抗弯力对 点，大大减小了钢管微型桩的截面、数量和埋深，同时有效控 边坡的提供的抗力。由于该挡墙基础变形较大，必须控制钢 制了挡墙的变形。 管微型桩桩顶的位移，才能使钢管微型桩桩的抗剪力更好地 发挥作用。所以，在加固方案中将钢管微型桩桩顶用横梁联 参考文献 接起来，提高钢管微型桩的的抗弯能力，使桩与桩相互作用 来控制桩顶变形，同时与预应力锚杆一起使用，控制挡墙基 ［１］朱宝龙，陈强，胡厚田，等．注浆微型桩群支护体系作用机理及 础不发生滑移，充分发挥钢管微型桩的抗剪能力大的特点。 其工程应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９ 预应力锚索的设计可根据边坡下滑力和主动土压力来分别 ［２］ 杨汉臣．微型钢管桩在边坡治理中的应用及其机理分析［Ｄ］． 进行计算，以确定最不利工况下的锚索长度。 长沙：中南大学，２００７ ［３］陈志新．钢管桩与钢筋混凝土挡墙支护高填边坡的应用［Ｊ］． ４结束语 路基工程，２０１０（５）：１７５—１７６ 注浆钢管微型桩一锚支护体系区别于滑坡治理中常用 ［４］ 蔡武军．微型钢管抗滑桩在长沙博世边坡中的应用［Ｊ］．四川 的大截面抗滑桩、预应力锚索抗滑桩等强力支挡结构，它是 建材，２００８（４）：１０４—１０６ 四川建筑第３２卷４期２０１２．０８ １２７
