实施减滑工程增强边坡的稳定

实施减滑工程增强边坡的稳定_边坡稳定性分析与

8.7　实施减滑工程增强边坡的稳定

8.7.1　实施减滑工程的实质

实施减滑工程的目的是为了减少滑面上的荷载，也就是为了减少边坡上岩土体向下滑动的作用力。对于滑动变形边坡，边坡破坏的基本原因是坡体的滑动力大于抗滑力而破坏了边坡的力学平衡条件。因此，为了提高边坡抗滑稳定性，可采取增大抗滑力或减小滑动力的措施，改善边坡的力学平衡条件，实施削坡减载法和减重反压法等达到稳坡的目的。

实施减滑工程的技术条件比较简单，施工容易，也比较经济，一般不采用建筑材料，仅用简单的土石方施工工具即可完成，因此，该技术在山区边坡工程中普遍采用。但其缺点是：工程量大，在一些大型滑坡体上难以解决边坡的稳定问题。

削坡减载和减重反压，要做得适当，才能起到较好的效果。为避免因削坡而引起新的灾害发生，削坡时应注意以下几点：

①严格区分坍塌与滑坡，否则将引起新的病害。

②掌握边坡土石的物理力学性质及其地质条件，并通过验算确定削坡后边坡的稳定坡度的数值。对于灾害范围内的地质构造要注意岩层的破碎程度和节理发育情况，否则削坡后边坡的防护能力降低，暴露面积加大，受地表流水的作用，常易发生坡面泥石流或引发其他灾害。因此，在构造破碎带、边缘接触带、软硬岩层相间或节理极度发育地带不宜采用削坡。

③进行削坡须由上向下施工，切忌由下而上的刷方，并禁止开挖边坡坡脚岩土体。

8.7.2　削坡减载法

削坡是将过陡的不稳定边坡刷缓，以达到边坡的力学稳定。减载是减少滑动体上部的质量，使下滑力减小，即相对增加滑动体的支撑力，使边坡达到力学平衡状态，以维持边坡的稳定。因此，根据不同边坡的具体情况可以采取以下措施：

①对于有些高陡的岩石边坡，如不存在顺坡向的不利结构面，仅因岩体受节理裂隙切割，较为破碎，有可能产生崩塌坠石等边坡局部失稳现象时，可采取剥除“危岩”削缓边坡顶部的治理措施。

②对有些同向缓倾层状结构边坡，或过陡的土质边坡，可削缓边坡坡度，减少滑动体的厚度，以减少滑动力。应当注意，削坡前应对滑体形态结构进行分析，削缓主滑部分。对于坡脚下部可能阻滑部分岩体不可削减，否则，由于削弱了下部支撑部分，反而会加剧滑动变形的发展。

图8.54　边坡的极限高度与坡角的关系

③当边坡高度较大时，削坡时常须分级留出平台，以提高边坡的稳定性。

为了分级削坡，必先了解在极限平衡条件下，边坡的极限高度H和边坡角β的关系，如图8.54所示。设该边坡系处于极限平衡状态下，即下滑力等于抗滑力时，那么边坡的极限高度H和边坡角β的关系式可用正弦定理求出，在△ABC中

式中　β——边坡角；

　α——滑动面倾角；

　h——极限平衡条件下不稳定体的高度。

在极限平衡条件下有

式中　BC——滑动面长度，BC＝H/sinα；

　W——滑坡体的重力；

　C——滑动面上的内聚力；

　φ——滑面的内摩擦角。

求滑体重力W，在三角形△ABC中

将（8.37）式代入（8.38）式得：

将（8.36）式代入（8.38）式得：

经整理后得：

将（8.40）式代入（8.36）式得：

式中　γ——滑体容重，其他意义同前。

（8.41）式表示当角为一定值时，c，φ，γ为已知的条件下，可求其极限边坡高度。当边坡角β＝90°时，则h＝H时，不稳定体高度等于直立边坡的高度H。即

一般情况下，当边坡为同向层状结构时，削坡的极限坡角常是沿顺坡结构面开挖，即β＝α，此时理论上，在任意边坡高度的情况下都是稳定的。但从坡脚沿滑面一直到山顶削坡会造成很大的挖方工作量，故按上述方法求得分级极限坡高进行削坡以减少开挖土石方量。图8.55为分级削坡示意图。

图8.55　分级削坡

有时不稳定体结构比较复杂，为了安全起见，可根据工程边坡的重要性和研究的详细程度，将求出的不稳定体极限高度h除以一个安全系数K_c，作为削坡后允许的不稳定体的高度h_n。即

式中，安全系数K_c值一般可取1.1～1.25。然后代替h按上式求得在给定的坡角条件下的允许坡高，或在给定的坡高条件下的允许坡角。

此外，还应注意，削坡不仅是坡体减重，还应注意削坡部位。无论山坡的地形如何，即不论坡顶是水平的还是倾斜的，坡面是直立的还是倾斜的，都应尽量削减不稳定体的高度h，这样才能达到提高坡体稳定性的目的。图8.56为削坡方式示意图，图8.56（a）为正确的削坡方式，削坡后的不稳定体高度h′＜h，因而达到了削减不稳定体高度的目的，同时使边坡坡角由β降低至β′（即β′＜β），有利于边坡的稳定；图8.56（b）为错误的削坡方式，这是由于不稳定体的高度并没有降低，而边坡坡角也未减小，故这种削坡法对提高边坡稳定性作用不大。

图8.56　削坡方式示意图

图8.57　弧形滑坡的卸载

当边坡发生弧形滑动面时，可将上部岩土体挖掉，以达到卸载的效果，如图8.57所示。挖方量的大小，可用反算法求出，根据极限平衡理论：

边坡发生滑动时，可认为安全系数n＝1，内聚力C＝0，作用在滑面上的正压力N，作用在滑面上的水压力u。若作用在滑面上的下滑力均为已知，故可用上式求内摩擦角，然后按n＝1.2的条件，经过反复计算，可求出应挖掉岩体的土石方量。

式中　W_i——i分段滑体的重力；

　θ_t——i分段的滑面倾角。

将φ值和n＝1.2一并代入（8.44）式可得出边坡在稳定状态下边坡体的重力W_稳，于是将原滑坡体的总重力W_原减去边坡处于稳定状态下的边坡体重力W_稳，即为削坡的总重力W_削：

显然，平面滑坡时，挖去上部岩体并不能达到卸载的效果，所以不能采用此方法。

8.7.3　减重反压法（亦称减重压脚法）

1）减重反压法的实质与适用条件

减重就是挖除滑体上部的岩体，减少上部岩体重量造成的下滑力；反压就是在滑体前部的抗滑地段采取加载措施以增大抗滑力。根据研究认为：对于推移式滑坡，若将滑动体体积的约4%从坡顶转移到坡脚，那么边坡的稳定性可增加10%左右。

减重反压法一般适用于滑坡床上具有上陡下缓或滑动面接近于弧形，或者滑坡体后部的滑动厚度比滑坡体前缘滑体厚度大很多时，效果尤为显著。因此，减重反压的治理方法主要是用于治理推移式滑动的边坡，因为推移式滑坡上部已滑动挤压下部，如果把上部滑动部分质量减轻，那么可以减少滑坡的下滑力。

这种方法不适用于牵引式滑坡的治理，因为牵引式滑坡虽然上部去掉一些荷载，但是下部滑动面已经形成，在一定条件下会照样滑落。另外，对于有些滑带土具有卸载膨胀特性的滑坡也不能采用这种方法，因为减重后使滑带土松散、地下水浸润、地表水渗入、滑床阻力降低，可引起滑坡下滑。

图8.58　减重压脚法示意图

2）滑坡体各段推力的计算

滑坡减重措施的采用，应经过工程地质调查、勘探和综合分析之后，掌握了滑坡的性质，并具有上陡下缓的滑动面，再进行整治措施的综合比较，减重办法确属多快好省，且无后患方可采用。为此，首先应对滑坡推力进行计算，求出各段滑体沿滑动面滑动的推力、下滑力与抗滑力，如图8.58所示。垂直于滑坡走向取一理想断面，并按一定宽度将其分成若干分段，然后求出各分段滑动面上下滑力T_i、抗滑力N_i，而各分段的推力F_i即为下滑力与抗滑力之差。其方程式为：

式中　W_i——i分段滑体的重力；

　α_i——i分段滑面的倾角；

　L_i——i分段滑面的长度；

　C_i，φ_i——i分段滑面的内聚力和内摩擦角。

3）确定各分段滑坡的稳定程度

从（8.47）式的计算中可确定各分段滑坡的稳定程度：

当F_i＝0时，即T_i－N_i＝0，说明该段滑体的下滑力等于抗滑力，则滑体处于极限平衡状态；

当F_i＞0时，即T_i－N_i＞0，说明该段滑体的下滑力大于抗滑力，则该段滑体不稳定属于滑动部分；

当F_i＜0时，即T_i－N_i＜0，说明该段滑体的下滑力小于抗滑力，则该段滑体为稳定部分；

在一定的滑坡断面中，一般无大的变化可视为常数，当F_i＞0时必为滑坡的主滑部分，正值越大，越不稳定；F_i＜0为滑坡的稳定部分，负值越大，越稳定。

4）减重范围的确定

求得各分段的稳定程度后，根据稳坡和其他工程措施的要求综合考虑决定减重范围。减重一般与C_i关系不大，故应在F_i＝W_i（sinα_i－cosα_itanφ_i）为正值的主滑部分减重，如果滑体范围不大，也可将其全部清除。

图8.59　减重反压部位示意图

1—反压石堤；2—渗沟；3—滑体削坡减载部分

反压就是在前部F_i＝W_i（sinα_icosα_itanφ_i）为负值的抗滑地段堆渣加载。为了加强堆渣的反压作用，可修成抗滑石堤，其大小应按推力计算结果确定。坑内侧应修渗水沟，以便引排地下水，如图8.59所示。

必须指出：减重计算须经反复计算，以达到设计要求，必要时减重后需对滑坡上较薄弱部位进行稳定性验算。

同时应注意不要由于减重开挖而引起上方和周边坡岩体产生新的滑移变形，威胁工程安全。减重后的边坡应及时整平，做好防水措施，以免因裂隙裸露水渗入边坡内部。