0 引言

　　滑坡根据受力机理的不同，有推移式滑坡和牵引式滑坡两种类型。其中牵引式滑坡往往是滑坡前缘由于侵蚀或人工削坡，造成坡面变陡以致失稳，在后缘引起裂缝，随着变形的进一步发展，后缘之后的斜坡体也产生变形失稳，出现新的滑动，从而导致滑坡体向后向上发展，最终形成一个面积较大且相对稳定的滑动面。在山区修建的轨道交通工程中，由于软弱夹层、松散堆积体以及古滑坡的存在，在进行坡体切坡的过程中，将不可避免遇到大量的牵引式滑坡事故。基于此，对牵引式滑坡的机理以及加固处理的应用研究具有重大意义。

　　1 牵引式滑坡发展机制及加固治理原则

　　由于存在松散层以及软弱夹层的堆积体及潜在滑体，在隧道的洞门切坡过程中，松散堆积体或者软弱夹层由于坡脚应力释放，常导致牵引式滑坡事故发生。坡脚的人工削坡会导致下部坡面失稳下滑，并在坡体中部及后缘引起横向的张拉裂缝;由于上部坡体失去下部坡体的支撑作用，使得上部坡体出现新的滑动，从而导致滑坡体进一步向上向后发展，最终形成一个体积较大的滑坡体。牵引式滑坡表现出缓慢滑动的特征，坡体整体外貌多为下部大上部小的的塔式形状，坡面呈现较大横向的张开裂缝，纵向上多表现为阶梯状。

　　滑坡加固治理的首要任务是对滑坡形成的机制作出准确判断，并结合宏观地质调查资料、变形监测等手段进行滑坡的早期识别及发展状态评定，根据不同的发展状态采取相应的治理思路及措施。

　　1)预加固通过前期展开的宏观地质调查以及埋设相应监测设备进行变形监测，有效识别潜在的滑动面和滑动体，并在可能导致产生牵引式滑坡的工程施工前进行针对性的预加固处理，从而降低工程施工引起的坡体扰动，保证潜在滑动面的抗滑参数维持原有状态，从而利用上坡体的原有抗滑能力，减少需要加固的工程量。

　　2)主动加固主要治理对象为下部坡体具有一定程度滑动，上部坡体在没有人为扰动的情况下，坡体尚能保持自稳的情况;滑坡加固设计中，只针对切坡出露的坡体进行加固处理，切坡背部坡体按照稳定考虑。

　　3)被动加固主要治理对象为整体牵引式滑坡，需要对切坡导致的出露坡体和切坡背后的牵引滑动当成整体进行加固处理设计。

　　针对上述不同类型滑坡的加固方式，目前常用方法有土钉墙、重力式挡土墙、锚杆挡墙、桩板式挡墙以及抗滑桩等，其中单排悬臂式抗滑桩使用最为广泛，但单排悬臂抗滑桩桩身弯矩大，只能通过扩大桩身截面提高桩体抵抗滑坡推力的能力，存在较大浪费，此外悬臂结构的刚度相对偏小将导致产生较大的顶部位移。基于以上分析，超静定门式刚架结构的组合刚度可以有效控制顶部位移，因此通过理论分析以及现场试验研究，旨在获得一种有效且经济合理的滑坡治理方案。

　　2 门式刚架结构计算原理

　　2.1 滑坡概况及发展状态分析

　　某客运专线某隧道洞口滑动段所处斜坡中上部自然坡度相对较缓，为15°～30°，隧道明洞段开挖时，造成边坡下部形成临空面，施工单位未按图纸要求先施工支挡工程，地表未采取有效的排、截水措施，表层土体结构松散，易富集入渗地表水，遭遇连续阴雨天气，地表水入渗边坡裂缝，降低土体物理力学指标，破坏了边坡稳定性，导致边坡滑坡。

　　1)坍塌范围地形地貌

　　滑坡整体高度约35m，其中滑坡前缘高程约为100.000m，滑坡后缘高程135.000m左右。根据地面裂缝调查结果，滑坡体呈反舌形状，长约150m，滑坡后缘宽约30m，前缘宽为100m，滑动体面积约9 000m²，滑坡体积约9.0万m³，属于中等规模中层厚度黏性土滑坡。

　　2)滑坡空间形态

　　坍滑体在平面上总体呈现舌形状，具体表现为滑坡后缘陡、前缘较缓的折线型滑面形态，滑坡前缘坡脚约15°，后缘坡角约30°，滑体厚度0～15m。

　　3)坍滑体物质组成及结构特征

　　根据现场勘查，坡体主体为全风化千枚岩，褐黄色、松散状态、含水率较大，钻探中出现进尺加快、孔内漏浆、孔壁塌孔等异常现象。HC1核查孔在12.9～13.0m处为黏土，有擦痕，该层附近垮孔、漏水;在HC5核查孔9.5～10.6m钻探过程中岩芯成松散状、饱和，有漏水现象。结合勘探资料，滑动面范围内处于饱水状态，岩土体力学性能较差，为相对的软弱面，根据勘察报告提供资料得到的岩体抗剪强度如下:黏聚力c=15.2kPa，内摩擦角φ=12.8°，地质剖面如图1所示。

　　

　　图1 滑动带上地质钻孔剖面  

　　 

　　4)滑坡体发展状态评定

　　根据地质测量和航拍资料表明，滑坡体已经形成了明显的边界，滑坡体后缘具有较多张拉裂缝发育，前缘开挖区域已被掩埋，目前前缘采用反压工程措施，滑坡体已处于基本稳定状态。在现有的工程地质条件下滑坡体处于欠稳定状态，持续的下雨以及坡脚开挖将会引起滑坡体滑动的进一步发展。

　　2.2 滑动面抗剪强度参数反演及滑坡推力计算

　　牵引式滑坡的加固设计中，核心在于滑动面空间位置确定以及滑动面抗剪参数的合理确定。目前常采用工程类比法、试验法进行滑动面抗剪强度参数的确定，但使用的局限性较大。为准确获得滑动面抗剪强度，本文将采用参数反演法，将滑坡恢复到刚滑动的瞬间，即认为滑坡整处于极限平衡状态，按照综合内摩擦角法反算滑动面的抗剪强度参数，并用反算得到的抗剪强度参数推求当前滑坡所处的状态及各滑块的剩余下滑力。折线形滑动面计算模型如图2所示，采用综合内摩擦角法计算滑坡安全系数，见式(1)。

　　

　　图2 折线形滑动面计算简图  

　　 

　　

　　 

　　式中:φ为滑动面上的综合内摩擦角;W_1i为滑体下滑部分第i条块所受的重力;W_2j为滑体阻滑部分第j条块所受的重力;α_1i为滑体下滑部分第i条块所在折线段滑面的倾角;α_2j为滑体阻滑部分第j条块所在折线段滑面的倾角。

　　本项目滑坡折线滑动面计算模型如图3所示，共划分为12个条块。

　　

　　图3 滑坡计算模型及条块划分  

　　 

　　1)滑动面强度参数反演

　　令黏聚力c=0，安全系数K=1。通过反演计算得到各条块的剩余下滑力及综合内摩擦角结果如表1所示，综合内摩擦角φ=15.397 9°。

　　2)滑坡当前状态及剩余下滑力计算

　　令K=1.15，取综合内摩擦角为15°。采用参数反演分析和传递系数法计算得到的各条块剩余下滑力成果如表2所示，整个滑坡剩余下滑力为832.4kN，此时的滑坡安全系数K=1.15，处于不稳定状态。

　　模拟分析中主要考虑构件恒荷载、施工活荷载的最不利组合。根据GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》(2006年版)相关规定，分析荷载取值及各项系数如下。

　　1)构件自重由程序自动计算，施工安装荷载按0.5kN/m²选取。

　　2)自重荷载分项系数在挠度验算时取1.0，杆件内力验算时取1.2。

　　  

　　表1 综合内摩擦角反演计算结果(K=1) 

　　 

　　 

　　

　　表1 综合内摩擦角反演计算结果(K=1)

　　  

　　表2 综合内摩擦角反演计算结果(K=1.15) 

　　 

　　 

　　

　　表2 综合内摩擦角反演计算结果(K=1.15)

　　3)构件吊装时动力系数取1.3。

　　2.3 门式刚架内力计算

　　门式刚架力学模型包括前桩、后桩以及连系梁3部分，其中假定如下:后桩背后滑动面上方地层的作用按照外力考虑，换算成相应的弯矩和剪力作用在滑动面高程处;滑动面以上的作用力，主要包括滑坡推力、桩前被动土压力或剩余抗滑力，取桩前被动土压力和剩余抗滑力小值为抗力(若桩前土体不稳定，则不考虑桩前土抗力)。滑坡推力及剩余抗滑力可沿桩身按矩形分布加载于后桩悬臂段上，滑动面以下土体按照弹性地基考虑，桩底部约束则可按照桩底实际边界条件来确定。门式刚架计算简图如图4所示。

　　1)当桩嵌入坚硬岩石，桩底可按固定端处理。

　　2)当桩支撑于岩石层面上，桩底可按照铰接端处理。

　　3)当桩底位于土层或风化破碎岩层内时，桩底可视为自由端。

　　

　　图4 门式刚架计算模型简图  

　　 

　　采用SAP2000进行门式刚架内力计算，计算条件如下。

　　1)门式刚架设置于滑块9处。

　　2)抗滑桩桩径取2m，桩间距分别取3,4,5m。

　　3)全风化千枚岩地基系数的比例系数m=6MPa/m²。

　　4)计算荷载E=707.33kN。

　　5)悬臂端长度取L=10m，后桩均布荷载强度e=E/L=70.73kPa。

　　6)桩身嵌固段长10m，桩长20m。

　　根据SAP2000分别得到不同参数模型下桩身内力，并对弯矩、剪力、桩顶位移数据进行提取，汇总结果如表3所示。考虑到桩径2m的钻孔灌注桩，钢筋净距要求为12mm，若2根1束，则最多配置64根直径28mm的钢筋，所承受的最大弯矩约为7 100kN·m，故最佳桩间距为4m，即2倍桩径，此工况下抗滑安全系数为1.47。

　　  

　　表3 门式刚架计算结果 

　　 

　　 

　　

　　表3 门式刚架计算结果

　　3 加固效果评价分析

　　在门式刚架结构连系梁结构顶部布置了8个位移监测点，监测门式刚架在纵向及横向的水平变形及竖向变形，对14个月的变形监测资料进行分析，结果如下。

　　1)纵向位移最大点出现在滑动主轴附近(见图5中实线)，最大的纵向位移为-16.2mm，方向指向坡外，预测最终变形值约为-17.0mm;位移绝对值较小，表明门式刚架结构具有很好的抗滑移性能。

　　

　　图5 位移监测时程曲线  

　　 

　　2)竖向位移量测值较小(见图5中虚线)，数据波动明显，主要受观测系统误差影响，结构自身沉降量较小。

　　3)纵向位移实测量略小于理论计算量，约为计算值的75%，原因主要是门式结构的跨间土体与结构的共同作用增大了结构刚度及抵抗变形能力。

　　4结语

　　1)门式刚架结构整体抗倾覆能力强，结构本身形成的力偶可抵抗倾覆力矩;由于刚性节点的存在增强了钢架的抗倾覆能力。

　　2)门式刚架结构充分利用了超静定结构刚度大的特性，在牵引式滑坡治理中表现出较强的抗变形能力。

　　3)本文所述之结构面参数反演、滑坡推力计算及门式刚架结构内力计算方法可行，但位移计算成果略大于实测值，主要是未考虑刚架结构与跨间土体的相关作用对结构整体刚度的增大效应，将在今后的工作中进一步分析研究。

　　4)文中涉及的门式刚架抗滑处理方法适用于具备成桩形成刚架的地层，尤其对于地质偏压导致的滑坡治理效果明显。