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摘要：以实际边坡工程为研究对象，对重庆三峡库区易滑地层奉溪路段松散堆积体滑坡进行稳定性分析研究。在暴雨工况下，采用颗粒离散元UDEC软件对该类边坡建立未加固开挖与预加固后开挖的边坡模型，进行数值模拟，对比分析两种边坡模型，评价预加固技术效果。
关键词：易滑地层；松散堆积体；UDEC；数值模拟；预加固
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
三峡地区绝大部分高速公路路线是沿河谷陡坡和不良地质地段行进的，由于地质构造的作用，这些地段岩层节理较发育，且风化严重，在边坡开挖过程中难以保持自身的稳定性而导致变形坍塌。尤其是机械化程度的提高以及边坡开挖速度的加快，致使支挡防护工序间隔大，边坡暴露时间长，使得边坡失稳问题更为突出。关键的解决方案是对受到开挖扰动等不利影响的高边坡预先进行稳定性判断，并采取有效的工程措施，即预加固技术来限制高边坡的开挖或防止高边坡的进一步变形失稳[1,2]。
松散堆积边坡主要发生在平缓软硬岩层互层地区，分布在万州太白崖、云阳、巫山、奉节等地，其变形失稳体主要发生于边坡前缘，并在前缘堆积体内形成新的滑动面，而与堆积体与下伏基岩界面关系不大。本文即利用基于离散元法原理的数值计算软件UDEC[3]，对奉溪路K40+050~K41+433段松9#散堆积滑坡体进行一级放坡，对暴雨工况条件下的抗滑桩进行数值模拟分析，来评价桩加固稳定性和加固后放坡的效果。
2 工程地质概况
① 地形、地貌
在建线路地处四川盆地东部边缘，大巴山前缘，鄂西山地的接壤地带，滑坡区所在区属溶蚀侵蚀地貌，地势总体特征北低南高，自然斜坡走向近东西向。
RK40+945~RK41+433段原始斜坡为崩坡积的堆积层斜坡，由于受到地表水及地下水的作用，坡面形成流向近东西向的三条自然冲沟。该处为滑坡体的主要分布区；路外侧坡度面较顺直，坡度30°左右，该段占斜坡比例较大；后部为崩塌后形成的基岩陡坎，自然坡度约85°，主要受岩体内发育的节理控制，其高度一般在15m~20m不等。
② 地质构造
奉节县~巫溪县位于新华夏系第三沉降带四川盆地东端，地质构造以褶皱为主，断裂欠发育。只在各褶曲轴部附近偶有伴随次一级走向断裂，大约以齐曜山基底断裂为界，北部地区属大巴山弧形构造带，褶曲轴受川东褶皱及南大巴山弧形构造综合作用，轴向从北西—南东向渐变为北东偏东，甚至呈东西向展布。南部地区褶曲轴向为北。
该区发育有一龙洞湾小向斜，分布在里程RK41+260附近，向斜走向基本与在建线路垂直，两翼产状变化较大，区内岩层层面泥质薄膜厚一般1~2mm，泥质薄膜细腻光滑，区内容易产生崩塌，之后在坡积作用下最终形成目前的地貌形态，同时也为滑坡滑动提供了物质来源。
③ 地层岩性
经本次工程地质调绘及钻探揭露，参考区域地质资料，病害区分地层岩性有第四系残坡积成因块碎石土，覆盖在原始斜坡表层，坡面发育有植被、灌木，下伏基岩为三叠系下统嘉陵江组三~四段（T1j3+4）灰岩。
④ 水文地质条件
滑坡区属单斜构造，小溪沟为本区的最低侵蚀基准面，高程比病害区前缘低100m左右。滑坡区地形坡度27°~31°，利于地表水、地下水的排泄，但由于该区岩体节理裂隙发育，部分地表水下渗至风化界线或滑动面附近后形成地下水，以渗流方式排泄出来。
勘察区基岩为三叠系下统的灰岩，岩质硬，裂隙张开，局部有溶蚀、粘土充填，有利于大气降水及地表水入渗，裂隙水贮存于基岩构造及风化裂隙中，主要受降雨补给，由于受裂隙水大部分具有补给快、流通快、排泄快的季节性特征，在雨季一般有较丰富的地下水，枯季一般无水，地下水贫乏，强降雨后见风化界线或滑动面附近有明显渗流痕迹。
3 计算参数及计算模型
奉溪路段松散堆积体滑坡为三峡库区易滑地层，其岩体主要参数（表1）可参照殷跃平等[4]的三峡库区重大地质灾害及防治研究调查分析报告，粘聚力、摩擦角的范围主要来源于李远耀等[5]研究的三峡库区滑带土抗剪强度参数。
表1 岩体主要计算参数[4]
利用离散单元UDEC计算模拟，考虑边坡高180m，长度为300m，崩坡积层为块碎石土厚最大厚度在34m左右，平均厚度在22m左右，在150m左右有一道裂缝，滑动面下为强风化灰岩，左右边界及底边固定，为了论证预加固的优越性，在模拟边坡的同时，对未加桩边坡开挖进行数值模拟，在右线按1:1放坡10米一次性开挖成如下图1，进行边坡稳定性模拟分析。
图1未加桩（A）和加桩（B）开挖模型
Fig 1 The excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
由以上两图在暴雨工况下，模拟算得安全系数分别为1.13、1.22。得出两者速度矢量图2， X方向位移云图3。
图2 未加桩（A）和加桩（B）开挖模型的速度矢量
Fig 2 Velocity vector of the excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
图3 未加桩（A）和加桩（B）开挖模型的X方向位移
Fig 3 The displacement on X direction of the excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
從循环步骤分析，没加固需要迭代9960步，加固后只需3140步就能达到平衡，说明加固后开挖时改变了坡体碎块石土应力分布，对比开挖后最小主应力等值线图也能说明这点，在开挖处应力重新进行了分布。从速度矢量图对比可以看出边坡表层碎块石土的卸荷松动全依靠抗滑桩来阻止、限制。从X方向位移图对比可以看出，前级滑坡位移最大，一旦前级滑坡开始滑动牵引后级滑坡出现整体滑动变形，加桩后X方向后级边坡位移从6mm下降到2mm得到了明显控制。
对比未加固开挖前与开挖后X位移云图可知，前级滑坡位移提高了2mm，这与稳定系数从1.11提高到1.13是相符的，但是后级滑坡位移没有得到改观，又由于暴雨天气持续，前级一旦开始滑动，就会牵引后级滑坡滑动是整体滑坡复活，到时治理就相当困难。对比加固开挖前与开挖后X位移云图可知，前级滑坡位移从16mm降到14mm，后级滑坡X方向位移从4mm下降到2mm，进一步说明了加固后进行开挖能有效的控制滑坡的滑动，在更安全的环境下施工。
4技术经济评估
高边坡病害的防护治理设计主要形式之一是预加固技术，对边坡变形破坏机理分析可知，最佳控制就是边坡开挖松弛之前进行有效变形控制。预加固的最主要目的就是在边坡开挖松弛之前对坡体尽可能的有效制约，防止边坡变形由局部向整体范围的扩大，从而达到加快施工总进度，缩短工期，减少工程的总投资。
在暴雨工况下，加固前后开挖安全系数分别为：1.13、1.22，采用预加固技术治理其经济效益十分明显，滑坡体趋于稳定后，路基和隧道工程施工都得以顺利进行。
从技术指标考虑，上述加桩是可行的，从经济方面，前期的建设投资成本要高些，如果边坡治理好，后期的维修工作就很少，因此前期的成本是第一位，后期维修工作量的重要性远远小于前期的投入。
参考文献
郑颖人,陈祖煜,王恭先等.边坡与滑坡治理[M].北京：人民通出版社,2007.
马惠民，王恭先，周德培山区高速公路高边坡病害防治实例[M]．北京：人民交通出版社，2007.
Itasca Consulting Group．Inc.UDEC(Universal Distinct Element Code)user’s manual，Version3.0[R].[s.l.]：Itasca Consulting Group.inc．1996.
[4] 殷跃平等.长江三峡库区移民迁建新址重大地质灾害及防治研究[M].北京：地质出版社，2004.
[5] 李远耀,殷坤龙,柴波等.三峡库区滑带土抗剪强度参数的统计规律研究[J].岩土力学,2008,29(5):1419-1424,1429.
关键词：易滑地层；松散堆积体；UDEC；数值模拟；预加固
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
三峡地区绝大部分高速公路路线是沿河谷陡坡和不良地质地段行进的，由于地质构造的作用，这些地段岩层节理较发育，且风化严重，在边坡开挖过程中难以保持自身的稳定性而导致变形坍塌。尤其是机械化程度的提高以及边坡开挖速度的加快，致使支挡防护工序间隔大，边坡暴露时间长，使得边坡失稳问题更为突出。关键的解决方案是对受到开挖扰动等不利影响的高边坡预先进行稳定性判断，并采取有效的工程措施，即预加固技术来限制高边坡的开挖或防止高边坡的进一步变形失稳[1,2]。
松散堆积边坡主要发生在平缓软硬岩层互层地区，分布在万州太白崖、云阳、巫山、奉节等地，其变形失稳体主要发生于边坡前缘，并在前缘堆积体内形成新的滑动面，而与堆积体与下伏基岩界面关系不大。本文即利用基于离散元法原理的数值计算软件UDEC[3]，对奉溪路K40+050~K41+433段松9#散堆积滑坡体进行一级放坡，对暴雨工况条件下的抗滑桩进行数值模拟分析，来评价桩加固稳定性和加固后放坡的效果。
2 工程地质概况
① 地形、地貌
在建线路地处四川盆地东部边缘，大巴山前缘，鄂西山地的接壤地带，滑坡区所在区属溶蚀侵蚀地貌，地势总体特征北低南高，自然斜坡走向近东西向。
RK40+945~RK41+433段原始斜坡为崩坡积的堆积层斜坡，由于受到地表水及地下水的作用，坡面形成流向近东西向的三条自然冲沟。该处为滑坡体的主要分布区；路外侧坡度面较顺直，坡度30°左右，该段占斜坡比例较大；后部为崩塌后形成的基岩陡坎，自然坡度约85°，主要受岩体内发育的节理控制，其高度一般在15m~20m不等。
② 地质构造
奉节县~巫溪县位于新华夏系第三沉降带四川盆地东端，地质构造以褶皱为主，断裂欠发育。只在各褶曲轴部附近偶有伴随次一级走向断裂，大约以齐曜山基底断裂为界，北部地区属大巴山弧形构造带，褶曲轴受川东褶皱及南大巴山弧形构造综合作用，轴向从北西—南东向渐变为北东偏东，甚至呈东西向展布。南部地区褶曲轴向为北。
该区发育有一龙洞湾小向斜，分布在里程RK41+260附近，向斜走向基本与在建线路垂直，两翼产状变化较大，区内岩层层面泥质薄膜厚一般1~2mm，泥质薄膜细腻光滑，区内容易产生崩塌，之后在坡积作用下最终形成目前的地貌形态，同时也为滑坡滑动提供了物质来源。
③ 地层岩性
经本次工程地质调绘及钻探揭露，参考区域地质资料，病害区分地层岩性有第四系残坡积成因块碎石土，覆盖在原始斜坡表层，坡面发育有植被、灌木，下伏基岩为三叠系下统嘉陵江组三~四段（T1j3+4）灰岩。
④ 水文地质条件
滑坡区属单斜构造，小溪沟为本区的最低侵蚀基准面，高程比病害区前缘低100m左右。滑坡区地形坡度27°~31°，利于地表水、地下水的排泄，但由于该区岩体节理裂隙发育，部分地表水下渗至风化界线或滑动面附近后形成地下水，以渗流方式排泄出来。
勘察区基岩为三叠系下统的灰岩，岩质硬，裂隙张开，局部有溶蚀、粘土充填，有利于大气降水及地表水入渗，裂隙水贮存于基岩构造及风化裂隙中，主要受降雨补给，由于受裂隙水大部分具有补给快、流通快、排泄快的季节性特征，在雨季一般有较丰富的地下水，枯季一般无水，地下水贫乏，强降雨后见风化界线或滑动面附近有明显渗流痕迹。
3 计算参数及计算模型
奉溪路段松散堆积体滑坡为三峡库区易滑地层，其岩体主要参数（表1）可参照殷跃平等[4]的三峡库区重大地质灾害及防治研究调查分析报告，粘聚力、摩擦角的范围主要来源于李远耀等[5]研究的三峡库区滑带土抗剪强度参数。
表1 岩体主要计算参数[4]
利用离散单元UDEC计算模拟，考虑边坡高180m，长度为300m，崩坡积层为块碎石土厚最大厚度在34m左右，平均厚度在22m左右，在150m左右有一道裂缝，滑动面下为强风化灰岩，左右边界及底边固定，为了论证预加固的优越性，在模拟边坡的同时，对未加桩边坡开挖进行数值模拟，在右线按1:1放坡10米一次性开挖成如下图1，进行边坡稳定性模拟分析。
图1未加桩（A）和加桩（B）开挖模型
Fig 1 The excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
由以上两图在暴雨工况下，模拟算得安全系数分别为1.13、1.22。得出两者速度矢量图2， X方向位移云图3。
图2 未加桩（A）和加桩（B）开挖模型的速度矢量
Fig 2 Velocity vector of the excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
图3 未加桩（A）和加桩（B）开挖模型的X方向位移
Fig 3 The displacement on X direction of the excavation simulation method without a pile（A） and with a pile（B）
從循环步骤分析，没加固需要迭代9960步，加固后只需3140步就能达到平衡，说明加固后开挖时改变了坡体碎块石土应力分布，对比开挖后最小主应力等值线图也能说明这点，在开挖处应力重新进行了分布。从速度矢量图对比可以看出边坡表层碎块石土的卸荷松动全依靠抗滑桩来阻止、限制。从X方向位移图对比可以看出，前级滑坡位移最大，一旦前级滑坡开始滑动牵引后级滑坡出现整体滑动变形，加桩后X方向后级边坡位移从6mm下降到2mm得到了明显控制。
对比未加固开挖前与开挖后X位移云图可知，前级滑坡位移提高了2mm，这与稳定系数从1.11提高到1.13是相符的，但是后级滑坡位移没有得到改观，又由于暴雨天气持续，前级一旦开始滑动，就会牵引后级滑坡滑动是整体滑坡复活，到时治理就相当困难。对比加固开挖前与开挖后X位移云图可知，前级滑坡位移从16mm降到14mm，后级滑坡X方向位移从4mm下降到2mm，进一步说明了加固后进行开挖能有效的控制滑坡的滑动，在更安全的环境下施工。
4技术经济评估
高边坡病害的防护治理设计主要形式之一是预加固技术，对边坡变形破坏机理分析可知，最佳控制就是边坡开挖松弛之前进行有效变形控制。预加固的最主要目的就是在边坡开挖松弛之前对坡体尽可能的有效制约，防止边坡变形由局部向整体范围的扩大，从而达到加快施工总进度，缩短工期，减少工程的总投资。
在暴雨工况下，加固前后开挖安全系数分别为：1.13、1.22，采用预加固技术治理其经济效益十分明显，滑坡体趋于稳定后，路基和隧道工程施工都得以顺利进行。
从技术指标考虑，上述加桩是可行的，从经济方面，前期的建设投资成本要高些，如果边坡治理好，后期的维修工作就很少，因此前期的成本是第一位，后期维修工作量的重要性远远小于前期的投入。
参考文献
郑颖人,陈祖煜,王恭先等.边坡与滑坡治理[M].北京：人民通出版社,2007.
马惠民，王恭先，周德培山区高速公路高边坡病害防治实例[M]．北京：人民交通出版社，2007.
Itasca Consulting Group．Inc.UDEC(Universal Distinct Element Code)user’s manual，Version3.0[R].[s.l.]：Itasca Consulting Group.inc．1996.
[4] 殷跃平等.长江三峡库区移民迁建新址重大地质灾害及防治研究[M].北京：地质出版社，2004.
[5] 李远耀,殷坤龙,柴波等.三峡库区滑带土抗剪强度参数的统计规律研究[J].岩土力学,2008,29(5):1419-1424,1429.