1. 滑坡形成概况
津围北二线地处天津市蓟州区北部山区，地形复杂，沿途穿山越岭，土质多变，2018年竣工。2018年夏季蓟州区普降大暴雨，诱发多起地质灾害，从7月中旬到8月15日，累计降水量已达525.9 mm，是近四十年最大年降水量。8月12日施工单位通过巡查发现K4+350-K4+460段(以下简称K4段)路面沥青层有隆起的现象，施工方检查三级平台挡墙和截排水沟均发现有纵向开裂的现象，经地质人员现场调查，边坡已形成滑坡雏形并有进一步发展的趋势。8月16日，滑坡体蠕动基本停止，滑坡体前缘已超出道路边坡落石槽挡墙约3 m，后缘拉断裂宽约1.5 m，落差约2 m，滑坡体南北长80 m，东西向长120 m，呈倾斜的簸箕形，滑坡体积约10.2万方，为中型滑坡。由于发现早，预警及时，未造成人员伤亡，但是滑坡造成半幅交通中断，道路毁坏，直接经济损失达220万元。8月18日，天津市公路处组织有关专家对K4段滑坡地质灾害进行现场调查，经分析滑坡地质灾害已形成，确定为地灾应急抢险工程。
本文通过详细的勘察查明滑坡的形态、构成和形成原因，并用岩土试验加反分析方法确定滑坡面的抗剪强度指标，并对滑坡进行稳定性评价，提出合理的治理对策，为同类滑坡治理提供借鉴。
2. 还原滑坡地形地貌
2018年9月我单位进驻现场并进行了现场踏勘，收集资料，根据施工单位在滑坡形成初期的地形测量和巡查资料，确定滑坡的形态。津围公路北二线K4边坡位于抱水峪隧道以南235 m。东侧形成人工高切边坡，走向181˚，高约42 m。边坡坡率1:1.4，边坡削坡10 m分一级，最高4级，边坡采用挂网喷播绿化(图1)，该段边坡原始地貌为一冲沟，在中部分叉为一大(南侧)一小(中部)两条冲沟，属于双沟同源，汇水面积约70,000 m2。
根据调查，8月12日K4边坡产生滑坡地质灾害，蠕动直至8月16日基本结束，滑坡开始前先是路面沥青层有隆起的现象，三级平台挡墙和截排水沟有纵向开裂的现象。截止到8月16日，滑坡体整体移动距离约4 m前缘已超出道路边坡挡墙约3 m，后缘拉断裂宽约1.5 m，落差约2 m，滑坡体南北向宽约80 m，东西向长约110 m。根据测量滑动方向255˚，基本与路线方向夹角76˚。
根据现场调查、裂缝测量，K4滑坡由2个次级滑坡组成，见滑坡形态和勘探点平面位置图(图2)，其中1号滑坡为主滑坡，滑坡主滑面高54 m，长度118 m，主滑坡是2个小型断层之间的全~强风化破碎岩体形成的浅层滑坡，其北侧边界位于F2断层带边缘；2号滑坡是在主滑坡的推动下产生的土石分界面滑动，最大高差40 m，主滑面长度82 m。滑坡体积约12 × 104 m3，滑坡面最大埋深8.6 m，判断滑坡类型为中型滑坡、破碎岩体滑坡和浅层滑坡。
Figure 1. Remote sensing image after landslide
图1. 滑坡后遥感影像
Figure 2. Landslide form and plan location of exploration points
图2. 滑坡形态和勘探点平面位置图
3. 勘察工作量布置
本次勘察在充分分析已有资料的基础上，通过合理的勘察手段和足量的工作量，进一步查明滑坡类型、规模、分布、主要诱发因素、稳定性及发展变化趋势等，对拟选用的治理工程轴线和重点部位进行针对性的工程地质调绘、工程地质勘探和岩土测试(重型动力触探、岩石回弹试验)，并辅以取样、土工试验和地形、勘探点测量等多种工作方法，正确提出治理滑坡所需的有关物理力学参数指标，进行滑坡稳定性计算，为治理工程设计提供所需的工程地质资料。勘察工作量包括地形测量0.02 km2、定点测量3个组日、工程地质测绘25个、钻探14孔300 m、槽探2个8 m。钻探沿滑坡方向设置6排，横向5排，并控制整个滑坡范围，钻孔深度以穿过滑体进入中风化基岩5 m为准。探槽布置在滑带土较厚、较完整、埋深较浅的部位，以便于取滑带土样。
4. 滑坡勘察结果和分析
4.1. 地层岩性
工作区第四系地层主要为人工填土层粉质黏土、滑坡堆积层碎石土、坡洪积层碎石土混粉质粘土、残坡积层粉质粘土夹碎石，人工填土层为喷播植草的基质层，厚度0.3 m左右。基岩为蓟县系雾迷山组地层四段(Jxw4)灰白色薄层状砂屑白云岩夹页岩，自上而下共揭露4个亚层：
全风化白云岩：灰白，极软，全风化，岩芯风化呈砂土状，遇水泥化为膏状。层厚1.2~5.0 m，该地层主要在南侧滑坡体内，F1、F2断层之间区域揭露。
强风化白云岩：灰黄色，较软，强风化，岩芯呈粗棱角形碎块状，节理裂隙发育。北部层厚0.4~1.8 m，在滑坡体南边缘分布较厚，为6.9~12.1 m。
中风化白云岩：黄灰色，较坚硬，岩芯呈短柱状，泥粉晶结构，节理裂隙发育。层厚3.6~8.2 m。
微风化白云岩：灰白色，坚硬，岩芯呈短柱状，泥粉晶结构，节理裂隙较发育，短柱状，未揭穿，该层在工作区内北侧区域揭露。基岩产状一般为212˚∠31˚。岩层分布见12-12’主滑面剖面图(图3)。
Figure 3. 12-12’ section of main sliding surface
图3. 12-12’主滑面剖面图
4.2. 地质构造
工作区分布2条小型断层F1、F2，属于抱水峪断层分支，两断层之间为南侧滑坡体，其产状185˚∠67˚，断层之间形成断堑式的特殊地质构造，断层之间岩层节理发育，并含少量的辉绿岩岩脉，脉状、囊状风化强烈，局部风化成土，遇水泥化为膏状。这就成为滑坡体形成的主要诱因。由于断层分布将工作区由南到北分为三个分区：北部全风化岩表层分布区、中部强~中风化表层分布区和南部全~强风化表层分布区(见图2)。
4.3. 水文地质条件
滑坡区坡洪积层在雨季时为主要含水层，强风化白云岩裂隙中赋存少量裂隙水，中风化白云岩为相对隔水层，岩溶裂隙水属深层地下水但分布较稳定。勘察期间钻孔中未发现地下水，但是根据调查和访问，在大雨和暴雨时，边坡有地下水渗出，滑坡发生期间有全风化白云岩形成的白色泥浆流出。因此，在雨水达到大雨或长时间降雨时，由于滑坡区位于冲沟的下游，降水入渗和上游的地下水流入边坡，形成动水压力，在冲淘填充物的同时增大岩体重度。
4.4. 滑带土特征
根据测绘和勘探分析，滑带土主要为雾迷山组四段内的全风化白云岩，该类岩石风化程度高，饱和抗压强度低，为软弱夹层。该层遇水可软化，根据本次所取试样的自由膨胀率试验结果分析，该层具有一定的膨胀性(膨胀趋势为弱~中)，该层分布于地表松散层和较硬的强风化白云岩之间，进水后软化膨胀，极易形成滑坡的滑动面。取试样进行了物性试验和动态环剪试验。常规的三轴仪和直剪仪受应变范围所限通常用于测定峰值强度，动态环剪试验在试验过程中可以保持剪切面积不变，可在连续的位移条件下进行剪切测定，测试残余强度更具有优势。本次取了6组试样做了动态环剪试验，根据样顶深度，确定为四级压力，分别为100、200、300和400 kPa，以测得试样在峰值下的抗剪强度及应变软化后的残余强度，并分别绘制试样的包络线图，以求得其峰值和残余抗剪强度指标，为工程实际提供更好的参考。
滑带土的内聚力C和内摩擦角φ试验结果见表1。
Table 1. Physical and mechanical indexes of sliding zone soil
表1. 滑带土物理力学指标表
4.5. 滑形成机理分析
根据以上分析，该滑坡是位于两个平行断层之间破碎岩体，地貌上位于山坡冲沟下游，破碎岩体风化强烈，在岩体表层形成一层具有弱~中等膨胀性的全风化白云岩，雨水极易软化，由于修建公路人工切坡，在雨季长时间降水，地表径流大多入渗进入松散破碎的岩体，潜在滑坡体逐渐饱和，破碎岩体及全风化白云岩软化，抗剪强度降低，短时间的暴雨使地下水加速加快，形成动水压力，诱发破碎岩体沿较完整岩体产状面和全~强风化破碎岩体内部滑动，1号滑坡最先滑动并挤压2号滑坡产生滑动，下滑在路基基岩面受阻后向外剪出，挤压排水沟造成路面沥青层隆起和路边挡墙破坏。
5. 滑坡面抗剪强度参数反分析
目前确定滑坡岩土体抗剪强度的方法有4种：室内剪切试验、现场直剪试验、工程类比法及极限平衡状态下的反演分析法。根据勘察，滑坡地层岩性以全风化白云岩为主，该类土只有土工试验结果，无法进行现场直剪试验，可以通过极限平衡理论的反分析方法近似求得，与土工试验结果综合确定。
反分析法的基本原理，是恢复滑坡前的滑坡断面，视滑坡处于要滑动而未滑动的极限平衡状态，即稳定系数FS取0.95~1.10，根据极限平衡方程求解C、φ值 [1] [2]。本次采用传递系数法对滑坡面抗剪强度进行反分析，对于正在滑动的滑坡，稳定系数FS取0.95~1.00 [3] [4]。取平行于主滑方向的2个实测剖面，运用传递系数法反算出2条C-φ曲线，若两条曲线相交于一点，则该交点的坐标即为所求的C、φ值。
以1号滑坡主滑方向的11-11’剖面和12-12’剖面作为反分析计算剖面(图3)，考虑滑坡发生时的暴雨工况，考虑滑坡正在滑动状态，FS取0.98，地下水位取高水位(相当于60%充水指数)，反演分析结果见图4，两条C-φ曲线交汇点坐标即为反算值，其中C = 16 kPa，φ = 22.6˚。该值与室内试验饱和状态的C和φ值相近，说明反分析的结果是较符合实际的 [5]。综合土工试验结果饱和状态抗剪强度取：Csat = 20 kPa，φsat = 16.5 kPa。
6. 滑坡防治对策和稳定性评价
滑坡防治对策在保证安全的前提下，应急抢险方案要经济合理、技术可行、施工方便。因此方案确定为清除滑坡体，加固边坡使边坡达到稳定，完善截、排水措施，降低坡面入渗，达到边坡安全的目的。设计方案总体为削方减载 + 格构梁锚固 + 喷锚护坡 + 被动防护网 + 排水措施 + 监测措施。
1) 削方减载：从上至下清除滑坡体，根据“宽平台缓边坡”的设计原则，对边坡进行1:1.5~1:2放坡，每10 m高修筑1条2~10 m宽的平台，包括6级边坡和5个平台；
2) 格构梁锚固：在边坡南侧K4+372-K4+418第1、2级边坡断层破碎带采用预应力锚索进行加固，坡面铺设钢筋混凝土格构梁；
3) 喷锚护坡：在边坡北侧K4+419.7-K4+472.6第1、2级岩质边坡用喷锚护坡进行加固；
4) 被动防护网：在第2、3平台做2道高度4 m的RXI-200型被动防护网，拦截上部的危岩落石；
5) 排水措施：对坡顶、两侧和平台截水沟进行优化，边坡中部设置急流槽，确保坡面收水效果，北侧截水沟排到滑坡北侧山脊的阴坡；
6) 监测措施：包括施工安全监测、防治效果监测和动态长期监测，动态长期监测在滑坡治理后不少于2年。
由于上部斜坡较高以及两侧坡形的限制，削方减载不能彻底挖除滑坡体，尚残存一部分滑坡体，根据分析，边坡有从全风化白云岩和强风化白云岩界面滑动的趋势。因此，需要计算削方后滑坡的稳定性和滑坡推力。根据规范规定，该滑坡防治工程安全等级为一级。采用传递系数法计算削方后滑坡的稳定性，用12-12’剖面进行计算得到：天然工况安全系数FS = 2.13 > 1.30，稳定；暴雨工况，1.05 < FS = 1.11 < 1.15，基本稳定；地震工况安全系数FS = 1.44 > 1.15，稳定。因此，需要进行边坡加固。
K4+372-K4+418段属于1号滑坡范围，削坡后残留部分滑体和全风化白云岩，采用预应力锚索加固，滑坡推力(剩余下滑力)计算工况采用暴雨工况，剩余下滑力计算安全系数Fst取1.15，结构重要性系数γ0 = 1.1。经计算，滑坡前缘土带剩余下滑力F = 233.07 kN，下滑力角度θ = 21.66˚。预应力锚索设计锚固力109.02 kN，锚固段主要位于强风化白云岩，锚孔直径为110 mm，倾角20˚，锚固段长6 m，采用3根1 × 7 (七股) φS 12.7 mm钢绞线，浆液采用M30水泥砂浆，预应力锚索的张拉锁定值为锚索轴向拉力设计值的1.0倍。布置在项目区南侧一级、二级边坡，纵向间距4 m，共9排，长度12~15.3 m，见12-12’治理工程剖面图(图5)。格构梁型式为方型，纵梁和横梁间距为4 m × 4 m，截面尺寸高 × 宽 = 40 cm × 30 cm，混凝土强等级采用C30，钢筋保护层厚度50 mm。靠地侧采用2根直径为14 mm的HRB400型号钢筋，离地侧架立钢筋采用2根直径14 mm的HRB335型普通钢筋，箍筋用Φ8@250的HPB300型普通钢筋。
Figure 5. 12-12’ profile of treatment works
图5. 12-12’治理工程剖面图
K4+419.7-K4+472.6属于2号滑坡范围，滑体基本清除，为顺层岩质边坡，岩性为中风化薄层状白云岩，根据稳定性分析，边坡欠稳定，采用喷锚护坡形式护坡，面板用厚度150 mm C25混凝土，一层钢筋网，锚杆采用主副锚杆锚固，主锚杆主要起加固岩质边坡、固定钢筋网的作用，采用Φ16 mm HRB335钢筋，主锚杆长3.3~8.7 m，锚孔直径为70 mm，入射角20˚，锚固段长3 m，间距3 × 3 m网格状分布。辅锚杆起加固岩质边坡表层、固定钢筋网的作用，采用Φ16 mm HRB335钢筋，长1 m，锚杆间距3.0 m，与主锚杆交错布置，锚孔直径为50 mm，入射角垂直于坡面。浆液用M25水泥砂浆。
该滑坡治理工程2019年7月治竣工，工程造价1108.13万元，目前运营2年，边坡稳定，状态良好。
7. 结语
1) K4滑坡属于顺层的由断层控制的中型复杂岩质滑坡，可以分为2个次级滑坡。主体滑坡岩性为岩土混合的断层破碎带，全风化白云岩形成滑动面。该滑坡地貌上位于双沟同源的冲沟的下游，地表水的冲刷和地下水的渗透加剧了滑坡的形成。2018年的大量降雨则成为滑坡发生的诱因。
2) 滑坡应采用多种手段勘察，在充分调查的基础上，测量裂缝分布，还原滑坡地形地貌是重要的工作。
3) 利用试验和参数反分析方法可以较准确地确定滑面的C、φ值，为滑坡稳定性评价提供合理的数据。
4) 滑坡的应急治理可以采用“宽平台缓边坡”的原则进行削方减载；永久加固边坡必须结合完善的截、排水措施，并且进行长期变形监测。
基金项目
天津市规划和自然资源局基金项目(ML2019-HP-F162(2))。