杨和镇皂幕山景区边坡稳定性分析及治理

杨和镇皂幕山景区边坡稳定性分析及治理

赵元金 1，李犇 *， 2，张琛 2，王海梁 1，余盈 2，张雨 2，徐虎 2

广东中邺山河建筑工程有限公司，广东 佛山 528300； 2. 佛山科学技术学院 交通与土木建筑学院，广东 佛山 528225）

摘要：边坡的稳定性评价及治理一直是滑坡灾害研究中重要环节，尤其是山区景区的边坡应当重点关注。本文对杨和镇皂幕山景区中一边坡进行调查研究阐明基本特征，用Bishop法对该边坡稳定性进行分析并针对该边坡特殊所处环境进行支护方案设计。结果表明，在削方减载处理后，采用预应力锚索和锚杆挡墙的加固方式可以达到较好效果，可为类似特殊边坡的评价治理提供参考价值。

关键词：Bishop法；不稳定斜坡；边坡治理；锚杆挡墙支护

Stability analysis and management of slopes in the scenic area of Soapmaku Mountain, Yanghe Town

ZHAO Yuan-jin¹；LI Ben^*2；ZHANG Chen²；YU Ying²; ZHANG Yu²; XU Hu²

1. Guangdong Zhongyeshanhe Construction Engineering Co, Foshan, Guangdong 528225; 2. School of Transportation, Civil Engineering and Architecture, Foshan University, Foshan, Guangdong 528225)

Abstract: The stability evaluation and management of slopes has always been an important part of landslide hazard research, especially for slopes in mountainous scenic areas, which should be focused on. This paper investigates and clarifies the basic characteristics of a slope in the scenic area of Soapmaku Mountain in Yanghe Town, analyses the stability of the slope using the Bishop method and designs a support scheme for the special environment of the slope. The results show that the reinforcement method of pre-stressed anchor cables and anchor retaining walls can achieve better results after cutting and load shedding treatment, which can provide reference value for the evaluation and management of similar special slopes.

Keywords: Bishop method; unstable slope; slope management; anchor retaining wall support.

第一作者：赵元金（1981-），男，汉族，本科，高级工程师，国家一级注册建造师，广东中邺山河建筑工程有限公司。地址：佛山市禅城区南庄镇陶博大道17号9楼907室（住所申报），邮编：528225，电话：13630167914，邮箱：819120475@qq.com

通讯作者：李犇（1989-），男，汉族，博士/教授，佛山科学技术学院。地址：广东省佛山市南海区狮山镇佛山科学技术学院仙溪校区，邮编：528225，电话：18718737023，邮箱：sktm1@163.com

0. 引言

随着山区基础设施建设的推进，造成很多边坡破坏现象的出现，使周边的道路、设施存在着极大的安全隐患，而且直接关系着人民生命安全。边坡破坏的主要原因是边坡失稳，所以边坡稳定性分析的研究一直是岩土、地质灾害等工程学科中的热点和难点^[1]。佛山高明区杨和镇皂幕山景区工程地质条件较差，地层岩性本身软弱及软弱结构面的不利组合是影响边坡稳定性的主要因素，且受到台风影响，皂幕山边坡表现出滑坡的失稳现象。

本文针对目前的实际情况，通过圆弧稳定分析方法（Bishop法），对皂幕山景区边坡治理前的边坡整体稳定性进行了分析，计算得到的该边坡稳定性的安全系数以此判断边坡稳定性程度高低，并结合实际情况对此边坡治理效果进行评价。最后，通过治理方案的制定和对比，确定了削方减载+挡墙+锚杆格构梁+主动网+预应力锚索+锚杆挡墙+绿化+截排水的治理方案并通过边坡稳定性计算对治理效果进行检验。

0. 工程概况

   1. 工程概况

皂幕山景区地处广东省佛山市高明区腹地杨和镇南部坑美村及其周边，东临荷城街道，西接高明区明城镇，南临鹤山，景区终年气温较高，多年平均气温21.9度，雨量充足，年平均降雨量一般在1400-1900之间，区内自然灾害主要有热带气旋（台风）暴雨、洪涝等，景区内属于山地丘陵地区，大部分地区是花岗岩侵入剥蚀形成，属于侵蚀地貌。2018年6月8日受“艾云尼”台风强降雨影响皂幕山旅游区内发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，景区内道路受损严重，山洪携带大量的卵石、碎石顺势而下，冲毁桥梁、公路停车场等设施，为防止发生人员伤亡的地质灾害，景区决定紧急闭园至今。

0. 2. 地形地貌

勘查区位于高明区杨和镇东南侧丘陵山地，区内由大量花岗岩侵入剥蚀形成，属侵蚀地貌。调查区位于皂幕山风景区，区内植被茂密，人类工程活动较强烈，调查区内除登山道路和景区设施修建外， 暂无大型工程项目。勘查区内大部分峰顶尖，坡度陡，局部坡顶浑圆，坡度一般 30~40°，局部达 60°，区内植被较发育，以桉树和杉树为主。

0. 3. 地层岩性

根据区域地质资料、场区工程地质调绘和钻探揭露，斜坡区的地层主要为上覆第四纪（Q）、局部下伏寒武纪牛角河组（Є1n）。地层由老至新依次为：

（1）寒武纪牛角河组（Є1n）

1）强风化砂岩：黄褐色，砂质结构，板状构造，风化强烈，风化及构造裂隙发育。主要矿物成分为石英、长石，基本保持原岩结构，岩芯上部呈砂砾状、碎块状。该层在仅分布在BT04区内分布，揭露厚度2.8~3.9m 。

2）中风化砂岩：浅灰色，砂质结构，板状构造，主要矿物为长石、石英等，岩芯完整性较好，岩芯多呈短柱状或柱状，本次勘查未揭露该层，揭露最大深度为5.2m。

（2）第四纪（Q）

1）滑坡堆积层（Qml）①：主要由黄褐色，干，松散状，为花岗岩原地风化堆积而成，含10～20%的砾石颗粒，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等偏低。主要分布在滑塌区的坡脚位置，本次揭露深度0.5-1.5m。

2）残坡积砂质粘性土（Qel+dl）①：主要由褐黄色、浅灰色，干，松散状，为花岗岩原地风化堆积而成，残留15～40%的石英粗颗粒，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等偏低。该层在项目区上部可见，本次揭露深度2.1-4.2m。

0. 4. 气候及水文条件

调查区位于佛山市高明区杨和镇南部，地处北回归线以南，属南亚热带季风型气候。日照充足，热量丰富，夏长冬短，雨量充沛，干湿季节明显。

根据高明杨和镇皂幕山风景区地下水含水层介质岩性、含水层结构及补径排条件，可将区内的地下水划分为松散岩类孔隙水和块状岩类基岩裂隙水。综合评价本场地地下水涌水量较丰富。地下水补给来源为大气降雨、地下水循环，靠蒸发及地下径流排泄；受季节性影响较大。本场地地下水环境类型属Ⅱ类，按地层渗透性划分主要属弱透水层（B 类）。

勘查处于地下水系统的补给径流区，区内裂隙发育，地下水埋深较小，地下水水位变幅约5m，地下水位对降雨的响应较快，较快的地下水位变化可能诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，连续强降雨期土体接受大气降水补给渗透形成地下水，地下水对边坡的稳定性影响较大；枯水期地下水位埋藏较深，地下水对边坡影响较小。

0. 稳定性分析方法选择及其理论

考虑圆弧滑动面的稳定性分析方法主要有瑞典圆弧法和Bishop条分法^[2,3]。相较于瑞典圆弧法，Bishop条分法在不考虑条块间切向力的前提下，满足力的多边形闭合条件并且考虑土间作用力的影响，所以更接近实际情况，故根据山区景区边坡的特性要求，本工程选择Bishop条分法进行边坡稳定性分析，计算过程中确定边坡最危险滑动面时，假定其呈圆弧或近似圆弧状，由计算程序自动搜索，计算模型和有关计算公式如下：

图1 瑞典条分法模型及条块划分图（圆弧形滑动面）

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：

―滑坡稳定性系数； —第 计算条块滑体抗滑力（kN/m）； —第 计算条块滑体下滑力（kN/m）； —岩土体的天然容重 (kN/m³)； —岩土体的浮容重 (kN/m³)； —岩土体的饱和容重 (kN/m³)； —第 计算条块所受地面荷载 (kN)； —第 计算条块自重与建筑等地面荷载之和（kN/m）； －第 计算条块底面倾角（°），反倾时取负值； —第计算条块单位宽度的渗透压力，作用方向倾角

(kN/m)； —地下水渗透坡降； —水的容重 (kN/m³)； —第 计算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积 (m3/m)； —第 计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积 (m³/m)。

0. 稳定性分析

   1. 边坡基本特征

该边坡位于杨和镇皂幕山景区避险通道左侧，地形坡度整体较陡，上部坡度约30~40°左右，下部坡度约40~50°，坡顶为林地，高程约491m，坡脚为道路，高程约478m，相对高差约 13m。不稳定斜坡平面呈半圆状，剖面整体呈阶梯型，主滑方向355°，不稳定斜坡前缘横宽约124m，后缘横宽约74m，纵长约 28m，正投影面积约2342m²，厚度3.6-8.5m，平均厚度约6m，体积约1.4×104 m³。根据杨和镇皂幕山景区边坡实际地形条件、岩土体工程地质条件、水文地质条件，综合边坡变形迹象分析，判别为一小型浅层牵引式土质不稳定斜坡。

不稳定斜坡变形特征较为明显，主要的变形迹象为坡面局部垮塌、开裂，2018 年6月雨季，斜坡从西至东依次出现了三处局部的垮塌，垮塌体KT01方量约10m³左右，垮塌体KT02方量约15m³左右，垮塌体KT03方量约25m³ 左右，垮塌体堆积在避险通道，影响避险通道行人和行车的安全。

0. 2. 边坡稳定性影响因素

（1）地形地貌

斜坡区地形坡度较陡，坡度大于30°，局部地段接近50°，在重力作用下容易失稳。

（2）地层结构

斜坡区下伏基岩印支期二长花岗岩，组成斜坡坡体成分主要为全风化花岗岩，岩土体结构松散，地表水易下渗，利于斜坡变形。

（3）降雨

斜坡蠕动变形后，表面裂缝发育，若遇大～暴雨，雨水沿裂缝下渗，致使岩土体饱和，抗剪强度降低，易使土层沿裂缝、软弱结构面滑动，对斜坡的稳定不利。

（4）修建道路

由于在坡体下方修建道路进行切坡，使得坡体前缘出现了较陡的临空面，对坡体稳定性造成不利影响，容易形成剪出口。

0. 3. 力学参数

潜在滑面抗剪强度参数的选取合理与否，对滑坡稳定性计算起关键作用。因此，滑坡稳定性分析潜在滑面抗剪强度指标 c、φ 值及其它物理力学指标的选取需要根据室内试验、反演分析、工程类比及参考地区经验综合确定。项目区不稳定斜坡体的滑带采用自动搜索进行确定，其计算潜在滑带参数采用全风化花岗岩的天然和饱和参数结合经验值进行综合取值。取值如下：全风化花岗岩坡体在天然状态下重度ϒ=19.5kN/m3，粘聚力c=18kPa,内摩擦力Φ=25.1︒；在饱和状态下ϒ=21.4kN/m3，粘聚力c=15.8kPa,内摩擦力Φ=21.8︒。

0. 4. 计算工况

斜坡稳定性计算荷载考虑滑体自重、地表荷载、暴雨、地下水等因素。

①自重：作用在条块上的最重要作用力。天然工况下，地下水位以上采用天然重度，地下水位以下采用饱和重度；暴雨工况下，参考,《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）^[4]、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）^[5]和《地质灾害防治工程勘查规范》（DB50/143-2003)^[6]，暴雨时应考虑降雨入渗对滑坡体自重的影响，降雨入渗范围内按饱和重度计算，降雨入渗范围以下及地下水位以上仍 采用天然重度，降雨入渗深度视当地暴雨强度、土体入渗系数和渗透系数确定，考虑到坡体土松散，降雨易入土下渗，可视为整个坡体均处在入渗范围，坡体土采用饱和重度，滑面强度采用饱和抗剪强度。

②水压力：水压力包括静水压力、动水压力和浮托力。暴雨工况下，雨水沿裂隙入渗至滑带附近，形成地下水连续渗流，会造成的动水压力，同时，地 下水渗流也形成一定浮托力，降低了滑床的抗力，从而导致减弱了抗滑力，动水压力和浮托力为影响 滑坡稳定性的关键因素之一。因地下水位埋深较大，本次不考虑地下水的作用。

③地震荷载：根据《抗震建筑设计规范》（GB50011-2015）^[7]的规定，场地位于抗震设防烈度为Ⅵ度区，不计地震荷载。斜坡根据其危害对象程度及潜在经济损失，防治工程级别为Ⅱ级，暴雨强度重现期N按20年设计，50年一遇校核，确定其稳定性计算工况、荷载组合及抗滑稳定安全系数如表1：

表1 稳定性计算工况、荷载组合

0. 5. 稳定性分析

本边坡稳定性计算是先对其坡面进行自动搜索得到13-13’~16-16’纵剖面为最不利滑面（如图2所示）并分别进行计算,最后得到边坡的稳定系数，如表2所示。依据稳定性计算结果统计表，结合现场变形迹象，可以得出：斜坡在天然工况（自重）下处于稳定状态，在暴雨工况（自重+地下水+暴雨）处于不稳定-欠稳定状态。这一数据更进一步说明降雨对此斜坡稳定性的重要影响，连续降雨和突降暴雨是诱发斜坡变形的直接因素。

图
2 13-13’~16-16’计算平面图

表2 不稳定斜坡稳定性计算结果

注：稳定状态分级：F<1.00 不稳定；1.001.15 稳定。

0. 边坡治理方案

灾害体下方为避险通道，新建道路的可能性基本没有。根据勘查区地质灾害形成条件、活动规律、危害特征，为确保勘查区隐患点下方行人和车辆的生命财产安全，有必要采取工程治理措施对其进行治理。

0. 1. 方案比选

（1）方案一、挡土墙+锚杆挡墙+截排水

方案设计：在斜坡坡脚设置挡土墙或锚杆挡土墙，同时配套截排水工程。

优点：工艺成熟，可有效解决坡面局部垮塌的现象；

缺点：且施工难度较大，施工周期相对较长。格构锚杆需要毁坏部分的绿化。

（2）方案二、抗滑桩+截排水 方案设计：对坡体根据滑坡下滑推力的大小设置抗滑桩，拟在滑坡前缘设置一排位抗滑桩，同时配套截排水工程。

优点：施工难度较小，对坡面的破坏较小。

缺点：区内不稳定岩土体较厚，采用抗滑桩将使得桩长和桩径大大增加，从而费用较高，且有从 桩顶和桩间剪出的可能性，形成局部垮塌。

方案一和方案二均基本能达到治理要求，方案二费用较高，而方案一的格构锚杆技术上稍优于抗滑桩，故采用方案一。

0. 2. 治理措施

①削方减载：对右侧坡面2级放坡，坡率1:0.8，坡间设置马道，第一级马道宽0.5m，第二级马道宽2.5m。马道横向应向水沟侧倾斜，排水坡度不小于4%。

②挡土墙：在斜坡中间坡脚处设置Ⅲ型挡墙49m；右侧坡脚处设置Ⅰ型挡墙50m。

③锚杆格构梁：对斜坡右侧已经修整的坡面进行锚杆格构梁防护，一级斜坡防护平面积360m²，二级斜坡防护平面积250m²。

④预应力锚索：对危岩带坡面采用预应力锚索防护，共设置锚索15根225m。

⑤主动网：对采用预应力锚索防护后的坡面设置主动网防护，防护平面积为60m²。

⑥锚杆挡墙：在斜坡左侧坡脚处设置锚杆挡墙36m。

⑦绿化：斜坡坡面采用撒播草籽绿化，平台区域采用种植灌木+爬藤+撒播草籽绿化，挡墙前采用种植乔木绿化。

0. 3. 治理后效果

根据皂幕山边坡治理设计优选处置方案，对治理后边坡现状进行稳定性计算，选择13-13′和14-14′剖面的最不利工况Ⅱ计算稳定系数；得到的治理后边坡稳定系数结果表见表3。根据表3可以看出，通过治理边坡稳定系数提升，保证了整体边坡的稳定性，确保景区安全，也验证了皂幕山景区边坡治理设计的合理性。

表3 皂幕山边坡治理前后边坡稳定系数表

0. 结论

按以上边坡加固设计方案，在施工过程中未出现失稳及滑坍现象，到目前为止，经观测尚未发现任何病害．通过皂幕山景区边坡治理加固方案的设计，可得出如下结论：

（1）运用Bishop法对皂幕山景区治理前后边坡稳定性进行安全评价，通过对治理前后的数据对比分析得出，削方减载+挡墙+锚杆格构梁+主动网+预应力锚索+锚杆挡墙+绿化+截排水方案的实施能够有效提高皂幕山景区边坡的稳定性，大幅度降低滑坡的几率，可供类似旅游景区的边坡治理工程参考。

（2）确定滑动面物理力学参数并结合最不利工况是稳定性计算和治理设计的关键。

（3）在景区建设中，应把边坡稳定和边坡防护与加固牢牢结合起来，在考虑了边坡防护与 固的前提下，考虑边坡的稳定因素。这样可以把引起边坡病害的条件很好地控制，将破坏的可能性减轻到最小，从根本上把景区建设与景区防护统一起来。

参考文献：

1. 何木,张飙. 基于Bishop条分法的边坡稳定分析及支护方案[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）,2020(5).

2. 史建芳．利用初等函数求解BISHOP法[J]．黑龙江工程学院学 报,2016,30(6):49-54.

3. 王俊奇,李闯,董晔．Bishop 法的半解析解及其广义数学模型 [J]．水利与建筑工程学报,2015,13(6):123-128.

4. GB50330-2013,建筑边坡工程技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2013.

5. JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S] . 北京：中国建筑工业出版社，2012.

6. DB50/143-2003 地质灾害防治工程勘查规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社，2003.

7. GB50011-2015抗震建筑设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社，2015.