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柔性支护基坑雨后浅层滑坡成因及处理措施

文档作者：卢一凡李惠强2，卢昱孙杰4 文档来源： 1．武汉市建筑工程质量监督站 2．华中科技大学土木工程与力学学院，430071，武汉；3．武汉天哗空间设计有限公司，430023，武汉		点击数：	更新时间： 2021年11月07日
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· 490·
建 筑 技 术
Architecture Technoloav
第44卷第6期2013年6月
Vo1．44 No．6 Jun．2013
柔性支护基坑雨后浅层滑坡成因及处理措施
卢一凡 ，李惠强2，卢 昱 ，孙 杰4
(1．武汉市建筑工程质量监督站，430019，武汉；2．华中科技大学土木工程与力学学院，430071，武汉；3．武汉天哗
空间设计有限公司，430023，武汉；4．武汉市建设工程设计审查办公室，430023，武汉)
摘要：根据基坑边坡失稳现场的观察，针对粘性土地域的柔性支护体系易于发生雨后浅层滑坡问题。通
过粘性土遇水软化试验和边坡安全性计算程序，对造成事故的原因进行分析，证实土体开裂和浸水软化才是引
发浅层滑坡的根本原因，提出了改变放坡坡率、坡顶防裂、防雨水浸渗等预防措施。
关键词：基坑；柔性支护；浅层滑坡；粘性土；干湿循环
中图分类号：TU 753．8 文献标识码：B 文章编号：1000—4726(2013)06—0490—04
REASONS AND TREAT NT Ⅱ ASURES FoR SHALLoW LAYER RAIN LANDSLII)E IN
FoUNDATIoN PIT W ITH FLEXⅡILE SUPPORT
LU Yi-fan ，LI Hui-qiang。，LU Yu。，SUN Jie
(1．Wuhan Construction Project Quality Supervision Station，430019，Wuhan，China；2．School of Civil Engineering and Mechanics
Huazhong University of Science＆ Technology，430071，Wuhan，China；3．Yseday Interior＆ Exterior Design Ltd．，430010，
Wuhan，China；4．Wuhan Construction Project Design Inspection Ofice，430023，Wuhan，China)
Abstract：After field observation about conditions of instable side slope in foundation pit and consideration
of frequent shallow layer rain landslide of flexible supporting system in clay soil stratum， reasons causing
landslide accident are analyzed through the test that clay soil may be softened by water and side slope safety
calculation procedure．The analysis results verify that soil collapse an d water softening are the primary reasons
causing shallow layer landslide． Relevant prevention measures are adopted， such as modification of slope
gradient，crack prevention at slope crest and prevention against rain penetration，etc．
Key words：foundation pit；flexible support； shallow layer landslide； clay soil；alternation of wetting and
drying
某工程地处老粘土地域，基坑深2．15—5．75m，采用
土钉挂网支护，钉长为1 m(@16钢筋)，间距2mx2m里
梅花形分布，C20混凝土喷层厚5O～8O mm。坡率为1：
O．5。与多数使用柔性支护事故边坡一样，夏季雨水使
其3～5．75 m坡段呈大面积浅层滑坡，因滑裂面不是理
论上最危险的圆弧面，而是边坡土体中的裂缝[1]，说明
设计存在缺陷，有关人员对柔性支护体系的特性认识
收稿Et期：2013一O2一l3
作者简介：卢一凡(1958一)，男，山西万荣人，教授级高级工程师，博士
e-mail：lyf580921@163．corn．
不足。通过综合分析滑坡现场观测到的特殊情况和土
体遇水软化试验结果 ，证实土体开裂和浸水软化才
是引发浅层滑坡的根本原因。
1 滑坡现场观察
表1为各土层原始状态的基本参数。
据现场观察发现，坡顶地表有多处裂缝，大多在截
水沟的沟底(图1)；裂缝下面连接滑裂面，距坡面仅
0．5—0．7m(图2)；残留滑裂面竖直、平行于重力方向，最
深达3m以上(图3)，表面相对光滑，有流水冲刷痕迹；
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·492· 建筑技术 第44卷第6期
中的含水率低、裂缝不连续，土体抗剪强度比未开裂和
脱水前高。
(3)在斜向裂缝的前端，由于体积、密度基本保持
不变，土体在水分蒸发时只能诱发微裂缝(图5中C
段)，雨水渗入后土中含水率稍有增加，但固结性受到
影响，土的强度会比干湿循环前有所降低。
3 滑裂面的形态
按土体开裂、软化的特点，滑裂面可大致分四种区
域(状态)，分别在图5中标示成A，B，C，D四段。
A段—— 竖直裂缝区(软化状态1)。裂缝两侧土体
已基本分离，C， 值已接近于0。
B段——斜向裂缝区(状态2)。开裂和干湿循环严
重软化了土体，C， 值为多次干湿循环后的强度取值。
C段—— 缝底前端区(状态3)。由于体积不变，土
体无膨胀空间，C， 值为浸水后对原位土抗剪强度影
响的取值。
D段—— 未受影响区(状态4)。未经浸水的区域，
土体保持原有特性不变，C， 值就是表1中取值。
4 安全性计算及校核
本文使用理正岩土计算软件(简称验算软件)的
“超级土钉设计”中“自动搜寻最危险滑裂面(瑞典条分
法)”(简称计算)和“边坡稳定分析的等厚土层土坡稳
定计算”中“给定圆弧出、入口范围搜索危险滑面(瑞典
条分法)”(简称校核)功能，验算案例工程边坡的安全
性，重点针对案例中5,75 m深度坡段。
4．1 各土层原始状态的参数
表2中的①层为“填土层”。按惯例借鉴文献5表的
参数；依据文献5各组试件的“湿密度”换算其余各层土
体密度，取平均值；由于缺乏三轴试验和“标贯”的数
据，抗剪强度参数综合参考文献2和文献6，遵循“取低
不取高”的原则，②层的抗剪强度取文献6“老粘土”的
下限值；③ ，④层的c值取“老粘土”中间值， 值取实测
值；⑤ ，⑥层的取值原则同③ ，④层；钉土摩阻力按验算
软件推荐的参数取值。
4．2 计算和校核结果
用表2中的相关数据进行计算，得出5．75 m深度坡
段土体原始状态的最小安全系数K (简称为K )=
1．932。同理，其他深度(省略深度低于3m的坡段)的边
坡为^ =2．382，K，=2．596。如考虑裂缝的影响，将①层
设置为状态1(C， 均为0)，即得K5-75=K4'25=K3=O。
按相同数据进行校核，得到各坡段土体原始状态
的K5 75=2．238，K425：2．830，K3=3．388。
若考虑浸水、裂缝的影响，则需依据表1，视情况选
择各土层的抗剪强度参数。为简化验算过程。一层土只
取一种状态，若③层是未受影响区，则深度3．5～5．0 m之
间的土层抗剪强度取该层状态4的参数(C为42 kPa，
为7．5。)。由于浸水软化只影响裂缝附近土体的抗剪强
度，各层土体的密度、钉土摩阻力应不受影响。
针对坑深3 m的坡段(仅有① ，②两层)，若只将①
层改变为状态1，K3=2．719；若将① ，②层分别设置为状
态1、状态2，贝U =0．838。
4．3 结果分析与评价
比较图5和图6的滑裂面，可见两者既相似又有明
显差异。前者由两个大段组成(A段和B，C，D段)，后者
为一个圆弧面，只是上端(深度1．5 m以上)接近竖直，
在深度1．5 m处“转弯”。实地观察发现在清除滑坡体
后，图5A段遗留下如图3的竖直面(竖直裂缝的一侧)；
表2 不同状态下深度为5．75m边坡的安全性校核结果
层号 层厚／m 状态 C，kPa ／(。) 状态 C／kPa ／(。) 状态 C，kPa 妒／(。) 状态 C／kPa ／(。)
① 1．5 1 O O l 0 O 1 O 0 1 0 0
② 2 4 35 16 1 O 0 1 O O 2 10．97 3．9
③ 1．5 4 42 7．5 4 42 7．5 1 O O 3 32．18 6
●
④ 0．75 4 42 13．5 4 42 13．5 4 42 13．5 4 42 13．5
K 2．237(结果1) 1．503(结果2) O．295(结果3) 1．509(结果4)
层号 层厚／m 状态 c，，kPa ／(。) 状态 C／kPa ／(。) 状态 C kPa ／(。) 状态 c／kPa ／(。)
① 1．5 1 O 0 1 0 O 1 O O 1 O 0
② 2 2 10．97 3．9 2 10．97 3．9 2 10．97 3．9 1 0 O
③ 1．5 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6
④ O．75 4 42 l3．5 3 34．2 5．1 2 4．71 2．2 2 4．7l 2-2
0．806(结果5) 0．784(结果6) 0．421(结果7) 0．235(结果8)
注：滑裂面人口在坡顶距坡面0．5—0．7 m处，出口在坡脚 =O至 =O．5 m处。
2013年6月 卢一凡，等：柔性支护基坑雨后浅层滑坡成因及处理措施 ·493·
B，C段仅为一个软化带，看不到图5中虚拟的分界面；
出现斜向滑裂的起始位置比图6中“转弯”处深得多。显
然，实际滑坡深度比理论预测大，即验算软件出现失稳
条件要得到充分满足后。滑坡才有可能发生。
4．3．1 数值上的差异及失稳条件
本文的计算结果与原案例工程设计书结果(K =
1．323，K =1．303，K3=1．571)存在差异，原因是设计书
使用天汉软件、各坡段的土层结构不完全相同，但边坡
“安全”的结论一致。本文计算和校核两组结果的安全
系数也相差甚大，其中计算结果K ． 对应的最危险滑裂
面(图6的坡脚为坐标原点)圆心在(一2．303，9．940)，半
径为10．203 m，在y=5．75 in的坡顶，求出x=6．999 m，即该
滑裂面入口在距坡面4．124 m处，而实际入口在距其
0．5～0．7 m的截水沟底，不在该滑裂面上，校核的安全系
数值偏高。因此，若雨后边坡各土层的特性仍呈原始状
态，浅层滑坡就不会发生，因为“最危险”滑裂面的
尚有1．932，更不可能沿 =2．238的滑裂面滑坡。
4．3．2 滑裂面的出口
一般基坑的滑裂面出口多在坡脚附近，事故现场
从未见到滑裂面在距坡顶小于60％坑深处穿出的情
况，所以考虑裂缝的计算结果K ． -K =K =0，即在坑
深1．5 m以内穿出的情况并不存在。
4．3．3 危险层
对比校核结果2和3，可见5．75 m边坡的滑裂面若
要从坡脚穿出，在理论上要求两侧分离的裂缝须深达
③层(坑深的60％以上)内，还要发生斜向扩展。图3的
竖直面已超过3 m，但雨前全无滑坡迹象，所以若没有
雨水渗入。斜向裂缝又不能降低干燥土体的抗剪强度，
无论竖直裂缝如何向下扩展，滑坡体仍能“稳定”在下
方土体上。结果4的K >1同样说明即使有土体开裂、
斜向扩展、浸水的共同作用，只要③层未经强烈软化，
边坡仍不至于失稳。通过结果5和6可知，无论②层是开
裂还是被强烈软化，同样要强烈软化③层，才会发生
K <1，④层的状态差异只能在一定程度上影响该结
果。无独有偶，对比结果7~1：18也能发现②层的状态差异
作用亦同前。校核结果预示着浅层滑坡只会出现在雨
后，且5．75 nl边坡的③层是强软化危险层。
针对3 in边坡。校核结果表明危险层在②层，如①
层开裂，②层被强烈软化，也会发生浅层滑坡。
4．3．4 开裂、浸水的作用途径
粘性土透水率很低，如果是理想的均匀、致密状
态，要强烈软化③层，须预先渗透2 m厚的②层，以0．005
m／d的渗透速率 需耗1~400d，还要向上膨胀20cm[ ，这
一缓慢过程显然与雨后发生快速滑坡的实际情况不
符。然而，假如坡内土体在雨前就形成了裂缝缺陷带，
雨水只渗入裂缝，而不造成边坡土体的宏观膨胀，仅需
软化图5中的B，C段裂缝附近的土体，就能预制滑裂
面，发生类似于山体滑坡的失稳，所以开裂会使粘性土
失去隔水能力，设计柔性支护边坡时应充分考虑该不
利因素。沿裂缝渗水虽使土层软化易于实现。但图5中
B段的斜向裂缝并未完全裂开，渗速受到限制，使软化
过程耗时较长，故浅层滑坡大多要延迟到雨后爆发。土
体的强烈软化也要经过多次干湿循环，本文案例的失
稳事故就发生在两次干湿循环后。第一场雨后边坡仅
出现了几处外凸情况，而数日后的一场大雨才引发了
大面积滑坡。
5 建议实施的治理措施
(1)改变放坡坡率。案例工程地处郊外开阔场地，
基坑周围放坡空间大，若将坡率调整为1：1．5，避免产生
顺坡裂缝。就能预防失稳事故。武汉市民之家工程地处
淤泥质粘土区域，采用了接近1：2的放坡坡率，尽管坡
顶发现有多处裂缝，还历经了特大暴雨，但从未出现过
失稳迹象。
(2)坡顶防裂。本案例的明显缺陷是坡顶截水沟
的沟底开裂，而采用喷网覆盖的截水沟、砖砌截水沟或
不做截水沟，都能减轻土体开裂危害。
(3)防雨水浸渗。若坡顶喷网保护区或裸露土体
已发生开裂，应及时进行覆盖、修复。大雨来临时，应及
早对发生开裂的坡顶区域实施防渗水处理。
6 结语
(1)裂缝与浸水共同作用造成了粘性土区域柔性
支护边坡的浅层滑坡，多数失稳事故发生在土体数次
干湿循环之后。
(2)严重的浸水软化层要达到危险的层深才能诱
发边坡失稳。且浅层滑坡多发生在雨后。
(3)应从减少坡顶土体开裂和防止雨水渗入两个
思路来预防浅层滑坡。
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