1 滑坡治理工程設(shè)計安全標準的討論
??????? 1.1 滑坡治理工程設(shè)計安全標準的概念
??????? 治理滑坡時必須對滑坡的穩(wěn)定性進行評價。如何判定滑坡體是否穩(wěn)定,還要借助一個“限值”或稱“法值”作為評價滑坡體穩(wěn)定性是否可靠的一個判據(jù),工程中將這個判據(jù)定義為安全標準。安全系數(shù)是定量表達安全標準的最成熟、使用最普遍的一種形式?;麦w防治工程的設(shè)計安全標準,代表滑坡體所應(yīng)該具有的安全度,是一項極其重要的工程數(shù)據(jù)。制定安全標準,需要考慮很多方面的因素,有自然的因素,也有人為的因素。安全標準的取值高或低,關(guān)系到滑坡治理工程的方案制定和投資的大小,也直接涉及到設(shè)計者自身的工程責任。所以,安全標準的制定是滑坡治理工程設(shè)計的一項重要的工作,是需要依靠專家參預進行的一項高難度、高風險的決策。
??????? 滑坡穩(wěn)定性分析及工程治理中主要應(yīng)用以下兩種不同定義的安全系數(shù)。
??????? 第1種定義的安全系數(shù):是將荷載(即滑動力)乘以一個數(shù)K,并將K值逐漸增大,直到取得某個臨界值,使滑坡體達到臨界平衡狀態(tài),這個臨界值就是安全系數(shù)。這樣求出的安全系數(shù)具有“超載系數(shù)”的性質(zhì)。
??????? 第2種定義的安全系數(shù):是將滑坡體土質(zhì)的抗剪強度除以K,并將K值逐漸增大,直到取得某個臨界值,使滑坡體達到臨界平衡狀態(tài)。這樣求出的安全系數(shù)具有“強度儲備系數(shù)”的性質(zhì)。
??????? 1.2 安全標準是多因素共同作用下的一個函數(shù)
??????? 安全系數(shù)(K)實際上是許多復雜因素共同作用下的一個函數(shù),亦即:
??????? K=f(xi=x1,x2,x3,…,xn)
??????? 式中xi (i=1,2,3,…,n)是影響安全系數(shù)K的各個因素。
??????? 既然安全系數(shù)是受許多復雜因素共同影響的,那么在制定滑坡治理工程安全標準時,如果不考慮這些因素及其不確定性,籠統(tǒng)地采用強制性的安全標準,是不合理的。
??????? 對滑坡體的安全系數(shù)產(chǎn)生影響的許多復雜因素中,主要的因素可以歸納為以下5個方面:
??????? (1)地質(zhì)因素。指對滑坡體的規(guī)模大小和現(xiàn)狀穩(wěn)定性、滑動面的形狀、巖土性質(zhì)、環(huán)境邊界、地下水分布等揭示認識的準確性與深刻程度。
??????? (2)巖土物理力學參數(shù)。主要指滑體和滑帶土的抗剪強度。進行穩(wěn)定分析時,對滑坡體材料的抗剪強度應(yīng)作出符合實際的評判,注意滑坡治理安全標準的取值要與抗剪強度取值的方法與偏向(偏于保守還是危險)相適宜。
??????? (3)作用荷載及其組合。影響安全系數(shù)的作用荷載主要有:自重及上覆外載、地下水孔隙壓力、震動、滑坡前緣坡外江(河)靜水壓力和水位驟降等。
??????? (4)穩(wěn)定分析所采用的理論及方法。用于滑坡穩(wěn)定分析的理論及方法很多,應(yīng)根據(jù)滑坡類型和滑移機制,合理選擇計算方法,關(guān)注不同的分析理論與方法所得到計算成果的差異性,避免產(chǎn)生矛盾和偏差。
??????? (5)工程的重要性。亦即風險性,意指滑坡失穩(wěn)可能造成的災害影響與可承受的程度。重要性所包含的內(nèi)容寬泛,往往需要考慮經(jīng)濟損失、社會影響和政治因素等。滑坡治理工程的重要性越強,滑坡治理的安全標準相對高一些。
??????? 1.3 制定安全標準的方法及安全標準取值的討論
??????? 1.3.1 滑坡體穩(wěn)定現(xiàn)狀與安全標準
??????? 當某一滑坡體需要進行工程防治時,其天然現(xiàn)狀下的穩(wěn)定性處于以下兩種情況:
??????? 第1種情況是滑坡穩(wěn)定性已經(jīng)達到了臨界狀態(tài),甚至已經(jīng)失穩(wěn),這時滑坡體的天然現(xiàn)狀安全系數(shù)等于或者小于1.0。
??????? 第2種情況是滑坡體處于穩(wěn)定或者基本穩(wěn)定,這時滑坡體的天然現(xiàn)狀安全系數(shù)到底多少很難估計。
??????? 對處于第1種穩(wěn)定狀況的滑坡體,其天然現(xiàn)狀安全系數(shù)等于或者略小于1.0(通常在0.95~1.0之間取值),這時可參考表1確定該滑坡體的安全標準。
??????? 對處于第2種穩(wěn)定狀況的滑坡體,因無法知道現(xiàn)狀安全系數(shù),再研究該滑體的安全標準已經(jīng)沒有必要。較好的做法是:
??????? (1)“維持現(xiàn)狀法”。如果該滑體的現(xiàn)狀穩(wěn)定性是可持續(xù)的,不必進一步提高安全系數(shù),可采取“補償還原”法,即采取加固措施將某些條件的惡化導致安全系數(shù)下降的部分補回來(水布埡樞紐大巖淌和馬巖灣滑坡體就是采取了這種方法),或采取種種保護措施,阻止安全系數(shù)下降(水布埡臺子上滑坡體就是采取了這種方法)。
??????? (2)“相對安全系數(shù)法”。如果對該滑體的長期穩(wěn)定不放心,又無法準確知道滑坡體的現(xiàn)狀安全系數(shù),可假定滑坡體的天然現(xiàn)狀安全系數(shù)不小于1.0(相對安全系數(shù)),采取加固措施將安全系數(shù)提高某一倍數(shù)(小型滑體提高10%左右,大型滑體提高5%左右)。
??????? 1.3.2 關(guān)于安全標準的下限值
??????? 安全標準的下限值,可按照“最不利組合法”來控制,即“保證滑坡體在各種荷載的最不利組合作用下不失穩(wěn)”。例如,位于水布埡水利樞紐壩址下游右岸的馬巖灣滑坡體,其天然現(xiàn)狀穩(wěn)定性比較脆弱,認為其處于臨界穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)定分析時,將各種可能的荷載按照“最不利組合”以后,該滑坡體的安全系數(shù)下降幅度達到10%,必須將其安全系數(shù)在現(xiàn)有狀態(tài)下提高10%,才能保證該滑體在各種不利因素及其組合的作用下,維持其現(xiàn)有的穩(wěn)定狀態(tài),因此在制定馬巖灣滑坡體的安全標準時,假定滑坡體的現(xiàn)狀安全系數(shù)等于1.0,安全標準定為K≥1.1。
??????? 1.3.3 不同工作階段取不同安全標準
??????? 滑坡體的地質(zhì)條件復雜,即使是同一個滑坡體,在不同的工作階段,地質(zhì)勘察和研究工作深度不同,尤其是在規(guī)劃階段或者預可行性研究階段,地質(zhì)勘察工作不夠細致,如果采用統(tǒng)一安全 標準,存在一定的風險,也不嚴謹。因此,不同的工作階段,根據(jù)工程地質(zhì)條件的揭示程度和研究工作深度,采取不同的安全標準,是比較科學的。如果不得不硬性地規(guī)定統(tǒng)一的安全標準,為了規(guī)避風險,對滑坡的地質(zhì)勘察應(yīng)提前達到詳勘深度。如果地質(zhì)勘察達不到詳勘深度,則滑坡治理方案論證與工程量計算應(yīng)留有充分余地,借鑒建筑物設(shè)計工程量計算的階段系數(shù)的做法,滑坡治理工程量的階段系數(shù)宜在1.15~1.30之間取值。
??????? 2 滑坡治理常用的工程措施
??????? 滑坡整治工程措施大致可分為“減滑”工程措施和“抗滑”工程措施兩大類。減滑工程措施主要包括削方減載、地表防滲及排水、地下排水、前緣護腳等。抗滑工程措施主要包括抗滑樁、擋土墻、錨固等。
??????? 2.1 削方減載與填土反壓
??????? 自重及上覆外載對于滑坡體的穩(wěn)定性來說,其作用可利可弊?;轮卫頃r采用的“削坡減載、反壓固腳”措施,就是合理利用自重及垂直外載的“利”而避其“弊”。
??????? 削方減載措施特別適用于上陡(重)下緩(輕)的推動式、且滑坡后緣及兩側(cè)有明顯的邊界、或者有巖體出露而不易受到牽引變形的滑坡治理,對改善滑坡的穩(wěn)定性,提高安全系數(shù)有著非常明顯的效果。特別對于滑動土體厚度大于30m的厚重型滑坡,通過削方減載較容易實現(xiàn)安全系數(shù)的提高。
??????? 削方減載最大的缺點是,開挖擾動對環(huán)境有負面作用,應(yīng)力釋放及地下水朝開挖面出溢產(chǎn)生的滲壓力等作用,容易引致周邊土體的牽動,產(chǎn)生新的變形體。
??????? 滑坡體后部削方減載的棄土,或者其他建筑物開挖的棄渣,如果土質(zhì)較好,可利用其在滑坡前緣填土反壓。統(tǒng)計分析表明,如果將滑坡體上部(滑動區(qū))的體積減重4%,同時等量反壓回填到坡腳(阻滑區(qū)),可使滑坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)增加10%。
??????? 2.2 地表防滲及地表排水
??????? 滑坡的發(fā)生和發(fā)展與地表水的危害有密切的關(guān)系。從滑坡體周邊匯集的地表水、降雨的滲透以及泉水、池沼及渠道的再滲透,容易誘發(fā)滑坡,或使滑坡活動激化。所以,凡滑坡地區(qū)的防治工程,地表防滲排水措施都是必要的。地表防滲及排水措施易于實施,投資少,收效快,雖然單獨使用并不一定能使滑坡穩(wěn)定,但實踐證明,它有減緩滑坡運動的作用,尤其當?shù)叵滤腔逻\動的主控因素時,地表防滲及排水措施可以阻隔地下水的補充來源,控制滑坡的發(fā)展,為滑坡整治爭取寶貴的時間。
??????? 2.3 地下排水
??????? 地下水對滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生負面作用主要表現(xiàn)在兩個方面:①地下水孔隙水壓力產(chǎn)生的荷載作用;②地下水對滑體和滑帶土的物理力學性質(zhì)產(chǎn)生的理化作用。因此,排除滑坡體地下水的目的:①減小孔隙水壓力,提高滑坡體穩(wěn)定安全系數(shù);②降低滑體內(nèi)、特別是滑動剪切帶附近土體的含水率,改善土體的物理力學性能。
??????? 一般情況下,排除地下水工程大體可分為排除淺層地下水和排除深層地下水兩類,如果需要截斷滑坡區(qū)外地下水的流入,還包括攔截滑坡區(qū)外地下水和排除來自滑動面下基巖中的地下水。