《成永刚专栏》填方坡体潜在滑面形成机理

文章来源于公众号：悠游2019，原文链接：填方坡体潜在滑面形成机理
 

每年由于填方处治不当，造成填方边坡出现失稳的事故层出不穷，使工程费用远高于实施填方的造价，形成了非常不好的社会影响和财富浪费。总的来说，形成填方坡体滑坡的主要原因有如下三点：

1、首当其冲的就是填方前的地下水和地表水截、疏、排工程设置不佳，导致后期填方体在水的作用下出现强度降低和变形协调，从而导致填方滑坡的发生。

2、其次是由于施工质量不佳，填方坡率偏陡而不能满足稳定坡率要求，压实度偏低而导致填方力学参数较低不能满足填方体内部的稳定，清表不彻底，造成填方体下伏软弱地层而无法提供有效的抗滑效果等。

3、再其次是设计考虑不周全，没有考虑到填方后与原地层之间形成的“结构面”、加载、地下水位升高等因素，也就是说填方体的整体稳定性考虑欠周到，导致填方发生滑坡的发生。

以上几种导致填方滑坡的因素中，尤其是设计失误造成的后果最为严重，因为，设计是整个产业链的灵魂，一旦灵魂出窍，那别的方面做的再好，也是徒劳。当然，作为实现设计蓝图的施工质量也是关键，否则，设计绘制的蓝图再好，在施工方的随意涂鸦下也会后患无穷。
下面就对填方工程中潜在滑面可能存在的几种情况进行说明。
1、设置坡率偏陡，造成填方体内部出现局部失稳。
这种情况一般主要出现在施工阶段。由于施工方擅自改变填方坡率，导致填方坡率的休止角不能满足填方的长期稳定需要而发生滑移变形。尤其是在降雨等因素影响下，造成地表附近填方含水量升高后，极易导致填方体边坡发生滑移。其滑面形态如图中①所示。
此类病害的处治，可通过适当超量翻挖后，采用稳定坡率进行填筑进行解决，或在现坡率不能改变的情况下，可通过工程锚固、支挡等进行处治。

图1 填方失稳的几类主要形式

2、填方下伏自然斜坡的坡度较陡，导致填方体沿自然地面发生整体失稳滑移。
这种情况在设计和施工阶段都可能存在隐患，但主要是设计阶段遗漏。相关规范中规定，在自然斜坡陡于1:5时，应在原地面清理松散土体，尤其是厚度较薄的松散土体，并继而开挖台阶，提高填方与原地层的咬合能力；自然斜坡陡于1:2.5时，应核查填方依附于自然地面的整体稳定性。

设计阶段由于考虑不周全，忽略了较陡自然斜坡对填方稳定性的核查，或施工阶段清表不彻底，就可能造成填方加载后导致填方体沿自然斜坡面发生整体滑移。其滑面形态如图中②所示。
此类病害一旦发生，一般很难通过返工全部挖除填方体进行重新清表等操作处治，故多采用工程锚固、支挡等进行处治。
3、填方下伏自然斜坡下伏一定厚度的软弱层，导致填方体加载后依附于软弱层发生整体失稳滑移。
这种情况在设计和施工阶段都可能存在隐患。一是自然斜坡较陡的地段，由于施工阶段没有对厚度较薄的软弱层进行有效清理，造成填方加载后在软弱层中出现剪切性滑面而导致填方体“坐船”；二是虽然地形较为平缓，但下伏软弱层厚度较大，设计对填方加载后的厚层软弱层抗剪能力核查不足，导致填方体挤压下伏软弱层而发生滑移。其滑面形态如图中③所示。
此类病害由于很难通过返工全部挖除进行处治，故多采用工程支挡、反压等进行处治。
4、填方下伏地层中存在不利的外倾结构面，导致填方体加载后依附于外倾的不利结构面发生整体失稳滑移。
这种情况主要是地质勘察和设计阶段遗留的隐患。由于地质调查不周全，设计人员忽略填方加载对结构面的挤压作用，尤其是对贯通性较好的结构面调查核算不足，如顺层坡体、不同性质的堆积体界面等，造成填方工程实施后下伏坡体中的结构面抗滑力不能平衡工程加载后的下滑力要求，从而导致填方体依附于下伏地层发生整体失稳变形。其滑面形态如图中④示。
此类病害的危害程度较大，往往由于滑坡规模较大而需设置较大规模的工程支挡、反压等进行处治。
5、地表水和地下水截、疏、排不佳，导致填方体发生滑移失稳。

这种情况在设计和施工阶段都可能存在隐患。由于对后部坡体的地表汇水和地下水渗流处治不当，以及对加载后造成的填方体下部地下水位上升估测不佳，或坡面防护不足，导致填方体在水的作用下发生坡面、边坡或坡体失稳。这种水作用下的填方失稳，形式是多种多样的，填方的局部和整体失稳都可能存在。
此类病害的处治，应先做到“治坡先治水”，填方工程实施以前，应严格做好地表水和地下水处治的设计和施工，未雨绸缪，预防为主。

以上所举的几类主要填方边坡病害，只是填方工程中常见的形式，希望对大家有所帮助或参考。

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作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。