工程地质与土工试验：滑坡防治实践

一、工作任务

通过滑坡及其工程防治知识的学习，学生应能够承担以下工作任务：

（1）理解影响滑坡形成及发展的因素。

（2）掌握滑坡野外识别及滑坡体稳定性判定特征。

（3）掌握滑坡的防治原则和整治措施。

二、相关配套知识

（一）滑坡概述

1.滑坡及其危害

滑坡是指斜坡上的岩、土体在重力作用下，沿斜坡内部一定的软弱面（或带）整体下滑，且水平位移大于垂直位移的坡体变形。滑坡规模有大有小，滑动速度可缓慢（有时先缓慢后快）、较快或具间歇性。

滑坡是山区铁路、公路、水库及城市建设中经常遇到的一种严重的地质病害。大规模的滑坡常堵塞河道、摧毁道路、破坏厂矿、掩埋村庄，对山区建设和道路施工、运营危害很大。施工期间发生滑坡，会影响工期，增加投资；运营中发生滑坡会使行车中断，甚至造成生命财产的重大损失，同时增加了维修整治费用。比较小的滑坡常造成线路或路基上拱、下沉或外移，大型滑坡常造成路基或线路被掩埋、摧毁，以致桥梁、隧道等工程遭到破坏。如贵昆线的格里大桥，铺轨后发现滑坡推动桥墩台，把曲线上的钢筋混凝土梁间缝隙顶死，为了安全起见，不得不将桥孔填死，由大桥变成“大堤”；成昆线的二梯岩、白石岩隧道，由于滑坡的滑动给隧道运营带来严重威胁。山区宽阔地段往往是由于滑坡滑动后产生的，站场选在这样的地段，由于开挖和人为活动的影响，常常引起老滑坡的复活，破坏站场，如宝成线的西坡、成昆线的乃托和贵昆线的大海哨等车站。此外，在泥石流沟中的滑坡堆积物，为泥石流的发生提供了固体松散物质，间接破坏线路、中断行车。

我国滑坡的分布主要在西南地区，该区滑坡类型多、规模大、发生频繁、分布广泛、危害严重，对人民生命财产安全造成了巨大威胁，甚至影响国民经济的发展。西北黄土高原地区，以黄土滑坡广泛分布为其显著特征。东南、中南的山岭、丘陵地区以及青藏高原和东北兴安岭一带的多年冻土地区，也有不同类型的滑坡分布。

2.滑坡的形态特征

一个发育完全的滑坡，其形态特征和内部结构如图3-1所示。

图3-1 滑坡形态要素

①—滑坡体；②—滑动面（带）；③—滑坡床；④—滑坡周界；⑤—滑坡后壁；⑥—滑坡台阶；⑦—滑坡舌；⑧—张裂缝；⑨—主裂缝；⑩—剪裂缝；⑪—鼓胀裂缝；⑫—扇形裂缝。

滑坡体指滑坡的整个滑动部分，即沿斜坡体内软弱面（带）向下滑动的岩土体。

滑动面指滑坡体与不动体之间形成的界面，即滑坡体沿着滑动的面，简称滑面。滑动带指平行于滑面受揉皱及剪切的破碎地带，简称滑带。滑动面（带）是表征滑坡内部结构的主要标志，它的位置、数量、形状和滑动面（带）土石的物理力学性质，对滑坡的推力计算和工程治理有重要意义。滑面的形状，因地质条件而异，一般说来，发生在均质黏性土和软质岩体中的滑坡，滑面多呈圆弧形；沿岩层面或构造裂隙发育的滑坡，滑面多呈直线形或折线形。滑动面上或滑动带中经常保留有相互摩擦而形成的滑动擦痕。

滑坡面下稳定不动的岩土体称滑坡床；滑坡体与其周围不动体在平面上的分界线称滑坡周界。

滑坡壁指滑坡体后缘与未滑动岩体断开处形成高约数十厘米至数十米的陡壁。滑坡壁在平面上多呈圈椅状外貌，是滑动面上部在地表露出的部分。

滑坡体各部分由于下滑速度有差异或滑体沿不同滑面多次滑动，在其上部常形成一些阶梯状台面，这种台面称为滑坡台阶，范围大者常称滑坡台地。

滑坡舌指在滑坡体前缘伸出的形如舌状的部分。滑坡舌常伸入沟堑或河道中，如果受阻就会隆起形成滑坡鼓丘。

封闭洼地指滑坡滑动后，滑坡体与滑壁之间拉开形成沟槽，常呈四周高、中间低的封闭洼地。洼地中往往由于地下水在此出露或地表水的汇集，形成渍泉、湿地或水塘，这种水塘也有人称之为滑坡湖。

滑坡滑动时，滑动速度最快的纵向线叫主滑线。它代表滑坡整体滑动的方向，可为直线或曲线。主滑线所在的滑坡纵断面，常位于滑体最厚、推力最大的部位。

滑坡裂隙指滑坡滑动时，由于各部分移动的速度不等，在其内部和表面所形成的一系列裂隙。位于滑体上（后）部多呈弧形展布者称拉张裂隙，通常把与滑坡壁或滑坡周界重合的裂隙，叫作滑坡主裂隙；位于滑体中部两侧又常伴有羽毛状排列的裂隙称剪切裂隙；滑体前部因滑动受阻而隆起形成的张开裂隙称鼓胀裂隙，其方向垂直于滑动方向；位于滑体中下部（滑坡舌）向两侧扩散形成的呈放射状的张开裂隙，称为扇形张开裂隙。

（二）滑坡的形成条件及分类

1.影响滑坡形成及发展的因素

无论天然斜坡或是人工边坡都不是一成不变的。它是在一定条件下由于各种自然和人为因素的影响而不断发展和变化着的。滑坡的形成和发展就是在一定的地貌、岩性条件下，由于自然地质或人为因素影响的产物。对于某一滑坡，其发生和发展的每一阶段，常是几个条件和因素起主导作用。所以在分析研究滑坡时，应尽力找出起主导作用的条件和因素，以利于分析和判断滑坡的发展阶段、稳定程度，据此制定正确的防治措施。

1）地形地貌条件

斜坡的高度、坡度、形态、成因与斜坡的稳定性有着密切的关系。在斜坡地质条件基本相同的条件下，高陡斜坡失去稳定性比低缓斜坡容易。斜坡的形态、成因反映了斜坡的形成历史、稳定程度和发展趋势。如山间缓坡地段，容易汇集地表水和地下水，常常容易产生滑坡或已产生滑坡。山区河流凹岸易被河水冲刷和掏蚀，黄土地区高阶地前缘斜坡坡脚，易被水浸润，这些地段常对滑坡的产生有利。

2）地层岩性条件

地层岩性是滑坡产生的物质基础。虽然几乎各个地质时代，各种地层岩性中都有滑坡产生，但滑坡产生的数量与岩性有密切关系，有些岩层中滑坡很多，有些岩层则很少。岩性软弱地层易发生滑坡，是因为在水和其他外营力作用下，易形成滑动带，这就具备了产生滑坡的基本条件。

3）地质构造条件

地质构造与滑坡的形成和发展的关系主要表现在以下三个方面：

（1）在大的断裂构造带附近，岩体破碎，构成破碎岩层滑坡的滑体。所以沿断裂破碎带往往滑坡成群分布。

（2）各种构造结构面（如断层面、岩层面、节理面、片理面及不整合面等），控制了滑动面的空间位置及滑坡的范围。如广泛分布的岩层顺层滑坡的滑动面，绝大部分是由层间错动破碎带，经后期风化（泥化）转化而成。

（3）决定了滑坡区地下水的类型、分布、状态和运动规律，从而不同程度地影响着滑坡的产生和发展。

4）水文地质条件

地下水或地表水渗入滑体，增加了滑体重量，并湿润滑带土使之强度降低。地下水在隔水层汇集成含水层，会对上覆岩层产生浮托力，降低抗滑力。地下水和周围岩体长期作用，不断改变周围岩土的性质和强度，从而引起滑坡的滑动。地下水位的升降还会产生很大的静水和动水压力。这些都有利于滑坡的产生。

5）人为因素和其他作用的影响

人工开挖边坡时，在坡体上部加载（如修筑路堤、堆料、弃渣等），改变了斜坡的外形和应力状态，增大了下滑力，相对减小了斜坡的支撑力，从而引起滑坡。铁路、公路沿线遇到的大型古老滑坡，往往是在工程修建时复活的，说明人类活动会对斜坡稳定性产生不利影响。此外，破坏斜坡植被及覆盖层，促使斜坡风化，使地表水易于渗入，人工渠道漏水、大量的生活用水排入等，都可能引起斜坡的滑动。人工大爆破产生的振动作用，能使破碎松散岩土强度降低，也有可能诱发滑坡的产生。

2.滑坡的分类

1）按滑动性质划分

（1）牵引式滑坡：由斜坡下部先失去平衡发生滑动，继而上部岩体也跟随滑动的滑坡。

（2）推动式滑坡：斜坡失去平衡发生在上部，随着不稳定的岩土体向下滑动，挤压下部岩土体造成下部滑动的滑坡。

（3）混合式滑坡：上述两种情况皆具有的滑坡。

按滑坡滑动性质分类虽不能反映滑坡的整个问题，但在滑坡稳定性检算上有实用价值。

2）《铁路工程不良地质勘察规范》（TB 10027—2012）中采用的滑坡分类（表3-1）

表3-1 《铁路工程不良地质勘察规范》中采用的滑坡分类

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（三）滑坡的野外识别

1.滑坡外貌特征的识别

在沿河谷布设路线时，为防止滑坡对道路造成的危害，应识别河谷两岸有无古滑坡的存在和是否有可能发生滑坡的地段。

在发生过滑坡的山坡上，必然留下地形、地貌、地层及地物等方面的标志。地形图上可见在较顺的山坡上出现等高线的异常和中断现象，使斜坡不顺直、不圆滑而造成圈椅状地形和槽谷地形。例如：滑坡舌向河心凸出呈河谷不协调现象；沿滑坡两侧切割较深，常出现双沟同源现象；在滑坡体的中部常有一级或多级异常台阶状平地；滑坡体下部因受推挤力而呈现微波状鼓丘及滑坡裂缝；滑坡体表面的植物零散分布，树木歪斜零乱，有“醉树”及“马刀树”；若滑动之前滑坡体上曾建有建筑物，会出现开裂、倾斜、错位等现象。

岩质滑坡的地层产状与原生露头有明显的变化，其整体连续性遭到破坏，出现层位缺失或有升降、散乱的现象。

2.滑坡先兆现象的识别

不同类型、不同性质、不同特点的滑坡，在滑动之前，均会表现出各种不同的异常现象，显示出滑动的前兆。常见的有，在滑坡前缘坡脚处，有堵塞多年的泉水复活现象，或者出现泉水（水井）突然干枯，井（钻孔）水位突变等类似的异常现象。在滑坡前缘土石零星掉落，坡脚附近土石被挤紧，并出现大量鼓胀裂缝。如果在滑坡体上有长期位移观测资料，无论是水平位移量还是垂直位移量，均会出现加速变化的趋势。坡面上树木逐渐倾斜，建筑物开始开裂变形，此外还可发现山坡农田变形、水田漏水、动物惊恐异常等现象。以上这些均说明该处滑坡在缓慢滑动阶段。

（四）判定滑坡体的稳定性

在野外，可根据自然坡体或古滑坡体一些外表迹象和特征，从宏观角度判断它的稳定性。

1.已稳定的堆积层老滑坡体的特征

（1）后壁较高，长满了树木，找不到擦痕。

（2）滑坡平台宽、大且已被夷平，土体密实无沉陷现象。

（3）滑坡前缘的斜坡较缓，土体密实，长满树木，无松散坍塌现象。前缘若为河岸，有被河水冲刷过的迹象。

（4）目前的河水已远离滑坡舌部，甚至在舌部外已有漫滩、阶地分布。

（5）滑坡体两侧的自然冲刷沟切割很深，甚至已达基岩。

（6）滑坡体较干燥，地表一般没有泉水或湿地，坡脚有清晰的泉水流出。

2.不稳定的滑坡的特征

（1）滑坡后壁高、陡，未长草木常能找到擦痕和裂缝。

（2）有滑坡平台，面积不大，有未夷平现象。

（3）滑坡表面有泉水、湿地，舌部泉水流量不稳定，且有新生冲沟。

（4）滑坡前缘土石松散，小型坍塌时有发生，并面临河水冲刷的危险。

（5）滑坡前缘正处在河水冲刷的条件下。

（五）滑坡防治

对滑坡的防治原则应当是以防为主、整治为辅，查明影响因素，采取综合整治。在工程位置选择阶段，尽量避开可能发生滑坡的区域，特别是大型、巨型滑坡区域；在工程场地勘测设计阶段，必须进行详细的工程地质勘测，对可能产生的新滑坡，采取正确、合理的工程设计，避免新滑坡的产生；对已有的老滑坡要防止其复活；对正在发展的滑坡进行综合整治。整治措施应在查明滑动原因、滑动面位置等主要问题的基础上有针对性地提出。常用的整治措施有以下几方面。

1.排 水

1）排除地表水

对滑坡体外地表水要截流旁引，不使它流入滑坡体内。最常用的措施是在滑坡体外部斜坡上修筑截流排水沟，当滑体上方斜坡较高、汇水面积较大时，这种截水沟可能需要设置两三条。对滑坡体内的地表水，要防止它渗入滑坡体内，应尽量利用滑体地表自然沟谷修筑树枝状排水明沟，或与截水沟相连形成地表排水系统，见图3-2。地表排水沟要注意防止渗漏，沟底及沟坡均应以浆砌片石防护。

图3-2 地表排水系统示意

2）排除地下水

滑坡体内地下水多来自滑体外，工程上常用地下建筑物拦截、疏干地下水以及降低地下水位等，来防止或减少地下水对滑坡的影响。根据地下水的类型、埋藏条件和工程的施工条件，可采用的地下排水工程有截水盲沟（图 3-3）、支撑盲沟、边坡渗沟、排水隧洞以及设有水平管道的垂直渗井、水平钻孔群、仰斜钻孔群和疏水渗管等。

图3-3 截水盲沟剖面

2.改变滑体的力学平衡条件

根据滑坡的稳定状态，用减小下滑力、增大抗滑力的方法来改变滑体的力学平衡条件，使滑坡稳定，这是防止某些滑坡继续发展而立即生效的措施。常用的方法有：上部刷方减载、下部反压、设置抗滑挡墙、设置抗滑桩、设置抗滑明洞、锚固等。

1）刷方减载

经过地质调查、勘探和综合分析之后，确认滑坡性质为推动式或者是错落转化而成的滑坡，具有上陡下缓的滑动面，并经过技术经济比较之后，认为减重方法确属有效并无后患时才可采用刷方减载的方法，有的情况减重甚至也可起到根治滑坡的作用。但对牵引式滑坡和顺层滑坡，后部减重只能减少滑坡推力，起不到根治作用。另外还须考虑刷方后将破坏原坡面植被，应充分考虑地表渗水增加和加剧风化的不利因素。

2）滑坡前部加载

滑坡前缘必须确有抗滑地段存在，才能在此段加载，增加抗滑能力，否则将起到相反的作用，尤其不可在牵引地段加载。前部加载和减重一样，也要经过反复计算，使之能达到稳定滑坡的目的。另外需特别注意，切不可因下部反压堵塞地表或地下水通道而造成隐患。

3）设置抗滑挡墙

抗滑挡墙在施工时对山体平衡破坏小，稳定滑坡收效较快，故在整治滑坡中是经常采用的一种有效措施，见图 3-4（a）。对于中小型滑坡可以单独采用抗滑挡墙；对于大型复杂滑坡，抗滑挡墙可作为综合措施的一部分。设置抗滑挡墙时必须弄清滑坡的滑动范围、滑动面层数及位置、推力方向及大小等，并要查清挡墙基底情况，否则会造成挡墙变形，甚至挡墙随滑体滑动，造成工程失效。同时还要做好排水等措施。

4）设置抗滑桩

抗滑桩是以垂直于主滑方向深入于稳定滑床之中的一系列桩作为抵抗滑坡滑动的工程建筑物，适用于厚层滑坡和非塑性流滑坡，见图3-4（b）。桩的材料有木桩、钢管桩、混凝土桩和钢筋混凝土桩等。桩截面有圆形、方形及矩形。近几年来在滑坡整治中，它已成为一种主要工程措施被广泛应用，取得了良好的效果。

图3-4 滑坡支挡措施

5）设置锚索（杆）锚固和设置锚索（杆）挡墙

这是近些年发展起来的新型支挡结构形式，以节约材料、施工快捷、效果显著等优点被越来越多地采用。锚索（杆）锚固由深入于稳定滑床之中的钻孔、锚索（杆）、锚墩等组成，见图3-4（c）。施工中将锚索（杆）植入滑动面以下稳定地层中注浆固结后，在坡面的锚墩上张拉并锁定。靠作用在分布于坡面的一系列锚墩上的锚固力维持滑体稳定。锚索（杆）挡墙由锚杆、肋柱和挡板三部分组成。滑坡推力作用在挡板上，由挡板将滑坡推力传于肋柱，再由肋柱传至锚杆上，最后通过锚索（杆）传递到滑动面以下的稳定地层中，靠锚索（杆）的锚固来维持整个结构的稳定。

6）其他方法

防治滑坡的其他方法主要是改变滑带土的性质，提高滑带土强度，这些方法包括钻孔爆破、焙烧、化学加固和电渗排水等。从理论上来说，这些方法是能起到上述作用的，但由于技术和经济的原因，在实践中应用还较少。

由于滑坡成因复杂多样、影响因素多、地形地貌条件对处治措施施工有限制，常常需要几种方法同时使用，综合治理，才能达到良好效果。