淺析不平衡推力傳遞法在折線形滑動面土體穩定性分析中的運用

亢 坷，王廣輝

(河南省水文地質工程地質勘察院，河南鄭州450000)

淺析不平衡推力傳遞法在折線形滑動面土體穩定性分析中的運用

亢 坷，王廣輝

(河南省水文地質工程地質勘察院，河南鄭州450000)

通過對輝縣市沙窯鄉南坪村不穩定斜坡穩定性評價，演算分析介紹不平衡推力傳遞法在折線形滑動面土體穩定性分析中的運用。

不平衡推力傳遞法;內聚力;內摩擦角;剩余下滑力

突發性滑坡地質災害的發生給社會經濟建設的發展和人民財產都帶來了較的損失，因此準確預測滑坡災害的發生對于避免工程建設本身遭受滑坡危害及使用期的正常運行都至關重要。由于滑坡本身發生形式多樣、滑坡物質組成復雜、計算公式較多，因此準確選擇穩定性驗算公式是保證潛滑坡穩定性分析正確與否的關鍵。現結合實例對計算公式之一的不平衡推力傳遞法進行介紹分析。

1 概況

1.1 項目區交通位置

項目勘察區位于輝縣市西北部太行山腹地沙窯鄉南坪村境內(國家AAAA級旅游區、國家地質公園——河南省萬仙山風景區內)。行政區劃隸屬于輝縣市沙窯鄉，地理坐標為:東經 113°35′46″～ 115°36′00″，北緯 35°42′20″～ 35°42′27″。區內有S226省際公路與輝縣市和新鄉市連接，項目區距輝縣市區約50 km，距新鄉市區約75 km，項目勘察區與外界交通便利。

2.2 不穩定斜坡空間形態和物質組成及結構特征

不穩定斜坡在平面形態呈“舌”字形分布，空間形態總體上前緣低，后緣高，前緣高程745 m，后緣高程809 m，相對高差64 m。斜坡東西長548 m，南北平均寬63 m，斜坡面積3.45×104m2，坡角臨空，斜坡平均坡度 ＞40°。斜坡堆積物為第四紀粉質粘土夾(碎)塊石地層，土石比為8∶2。粉質粘土，褐黃色，松散—稍密，濕潤，可塑，結構松散。(碎)塊石為淺紅色砂巖，塊徑一般0.3～3 m，最大可達4m，分選差，磨圓度低，呈次棱角—棱角狀。

斜坡體前緣及后緣粉質粘土夾(碎)塊石埋深一般在0～3 m，中部埋深3～12 m。平均厚8 m。斜坡體坡面亂石堆較多，亂石塊徑一般在 0.5 ～1.5 m，最大塊徑 1.5 ～3 m，其中，塊徑0.5～1.2 m，約占70%，塊徑 1.5～3 m 約占 30%。亂石堆縫隙充填少量碎石土，下部為粉質粘土夾(碎)塊石，粉質粘土夾(碎)塊石地層以下為基巖，基巖地層巖性為太古界片麻巖，灰、淺灰、灰白色，片理構造，由粘土礦物及云母等組成，表層節理、裂隙發育，易風化，弱 ～中風化，揭露層厚度1 ～1.5 m。

不穩定斜坡體體積約27.6×104m3。

2 斜坡穩定性計算

2.1 計算模型

根據工程地質勘探淺井和物探揭露的地質剖面，其斜坡滑動面整體呈折線型滑動。計算基本假定如下:

1)沿斜坡橫斷面方向取1 m寬的土條作為計算的基本斷面，不計兩側摩阻力;

2)斜坡體每一分條假定為整體滑動;

3)斜坡體推力的作用方向平行于滑動面;

4)推力的應力分布為矩形。

斜坡的穩定性計算選取軸向縱剖面作為穩定計算模型基礎，根據滑面為折線形采用不平衡推力傳遞法滑移變形體進行計算。計算時取單寬斜坡滑體進行研究，簡化為二維空間問題進行計算。斜坡穩定計算剖面見條分圖。

2.2 計算方法

斜坡穩定性計算采用《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219－2006)附錄 A.1.2公式 A.9。

2.2.1 滑坡穩定性計算公式

ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(j=i)，即

TDi=rwhiwLitanβicos(αi－βi)孔隙水壓力產生的平行滑面的分力;

式中:K 為穩定系數;RDi=rwhiwLitanβisin(αi－ βi)孔隙水壓力產生的垂直滑面的分力;NWi=rwhiwLi為孔隙水壓力;Wi為第 i塊段的重量(kN/m);Ci為第 i塊段內聚力(kPa);φi為第i塊段內摩擦角(°);Li為第i塊段滑面長度(m);αi為第 i塊段滑面傾角(°);βi為第 i塊段地下水流向與水平面的夾角(°);A為地震加速度(單位:重力加速度g)。

2.2.2 滑坡推力計算公式

滑坡推力計算采用《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219 －2006)附錄 A.1.2 公式 A.10。

滑坡推力計算(不平衡推力傳遞法)公式如下:

其中:Pi為為i條塊的推力(kN/m);Pi－1為為第 i條塊的剩余下滑力(kN/m)。

下滑力Ti:

抗滑力Ri:

傳遞系數Ψ:

孔隙水壓力NWi:

即近似等于浸潤面以下土體的面積乘以水的容重。

滲透壓力平等滑面的分力:

滲透壓力垂直滑面的分力:

當采用孔隙壓力比時，抗滑力Ri可采用如下公式:

式中:rU為孔隙壓力比。

2.3 計算參數的選取

2.3.1 土體重度的確定

該斜坡體的物質組成為粉質粘土夾(碎)塊石，經取土樣測試天然密度重度值為18.6 kN/m3;干重度值為13.8 kN/m3;

2.3.2 土體抗剪強度參數的確定

本次勘查淺井中共采取土樣7組，其抗剪強度指標的平均值為:

天然抗剪峰值 C=30.25 kPa，φ =21.28°

飽和塊剪峰值 C=29.3kPa，φ =20.61°殘值 C=13.67 kPa，φ =8.6°

本次計算抗剪強度值采用 C=30.25kPa，φ=21.28°

2.3.3 防治工程分級

根據受災對象、受災程度、施工難度和工程投資等因素，按照《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219－2006)，滑坡防治工程級別劃分(見表1)，該防治工程分級確定為Ⅲ級。

2.4 防治工程設計安全系數的確定

根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219－2006)，滑坡防治工程設計安全系數推薦表(見表2)。本治理工程設計安全系數確定如下:

工況Ⅰ:自重;滑坡抗滑安全系數K=1.15～1.2;

工況Ⅱ:自重+地下水，滑坡抗滑安全系數 K=1.10～1.2。

表1 一般滑坡防治工程分級表

表2 滑坡防治工程設計安全系數推薦表

2.5 穩定性計算參數的采集方法

本工程穩定性計算參數采集方法為:按照工程地質勘探淺井和物探揭露的地層資料制作計算剖面條分圖，本次共計算剖面 3 條(見 1－1′2 －2′、3－3′剖面計算條分圖)。

圖1 滑坡剖面1－1′計算剖面條分圖

圖2 滑坡剖面2－2′計算剖面條分圖

圖3 滑坡剖面3－3′計算剖面條分圖

采集剖面條塊的面積、滑面長度及傾角等有關數據進行滑坡穩定性計算和滑坡推力計算。3條滑坡剖面計算參數統計(見表3)。

表3 滑坡穩定性計算參數統計表

2.6 斜坡穩定性計算結果

將計算剖面條分圖采集的各種數據及體重、土抗剪強度等參數值代入公式(A.9)，對斜坡體3條剖面等在各種工況下的穩定性(穩定系數)進行計算，計算結果見表4、表5。

表4 工況Ⅰ條件滑坡穩定性計算結果統計表

表5 工況Ⅱ條件滑坡穩定性計算結果統計表

2.7 穩定性計算結果分析

根據《滑坡防治工程勘查規范》(DZ/0218－2006》滑坡穩定狀態劃分數值(見表6)。

表6 滑坡穩定狀態劃分表

將計算結果對照表2－6，分析判斷本斜坡穩定狀態如下:

1)工況Ⅰ條件下，即斜坡體自重條件下，3條計算剖面穩定系數K均≥1.15，根據表2－6劃分，斜坡處于穩定狀態。

2)工況Ⅱ條件下，即斜坡體自重和地下水共同作用條件下，3條計算剖面穩定系數K均≥1.15，根據表2－6劃分，斜坡處于穩定狀態。

3 小結

不均衡推力傳遞法是在滑面呈折線形時計算潛在不穩定土體的一種方法，常見的滑面主要有單一滑面、折線形滑面、圓弧形滑面三種，因此應結合地質勘察對滑坡面進行準確把握;在穩定性計算中，所有作用因素都要換算成力的作用列入計算公式。其中最困難的是滑帶土抗剪強度指標C和φ值的正確選擇，它們對穩定性計算結果影響巨大。

［1］滑坡防治工程設計與施工技術規范.(DZ/T0219－2006)

［2］滑坡防治工程勘查規范.(DZ/0218－2006.

P642.22

B

1004－1184(2012)03－0201－03

2012－01－04

亢坷(1986－)男，河南鄭州人，助理工程師，主要從事地質災害防治、治理、勘察、設計、施工等工作。