滑坡失穩機理分析對其穩定性評價影響的探究

李小虎

(中煤科工集團武漢設計研究院，湖北武漢 430000)

滑坡(包括邊坡，下同)的穩定性及剩余下滑力大小是工程建設及滑坡防治方案選擇中的關鍵問題之一，亦是工程建設者們特別關切的事情[1]?；路€定性的定量分析，是在地質分析的基礎上，通過數值計算，給出滑坡穩定性以量的概念。目前常用的分析方法有：極限平衡法、應力應變分析法、模型試驗法及各種圖表法等[2-4]。極限平衡法是最經典，采用最多，也是目前最成熟有效的一種方法[5-6]。

實際工作中，一般根據滑面類型，有針對性的選擇計算公式。

(1)潛在的平面滑移面(此方法適用于順層滑坡，其特點是具有平緩的、平緩階梯狀的成波狀的傾斜滑移面)。

(2)弧形滑移面(包括具有無向、均質和部分切層的滑坡，具有圓弧形、平緩圓弧滑動面)。

(3)楔形滑移面。

(4)折線型或是不規則型[7]。

一般滑坡勘察中，由單一滑面類型來選擇計算公式取得了良好成效，然而筆者認為滑坡的穩定性分析及剩余下滑力更應該從滑坡的失穩機理上分析，從而對滑坡的穩定性做綜合評價。

1 研究區域概況

某變電站是宜萬鐵路的配套工程，在初步勘察過程中，發現在該變電站東北側的自然斜坡中發育一個老滑坡。該滑坡主滑方向為238°，滑坡體沿主滑方向長134 m，沿垂直主滑方向寬155 m，滑體厚6～12 m，平均厚約9 m。

經過詳細工程地質勘察，發現滑坡區域主要地層為素填土、第四系全新統殘坡積粉質黏土夾碎塊石層、第四系全新統沖洪積卵礫石層、老滑坡堆積體的碎塊石夾粉質黏土層、滑帶土層，基巖為志留系下統龍馬溪組泥頁巖等，見圖1。

圖1 某變電站滑坡Ⅱ-Ⅱ′剖面

通過試驗、反算等經綜合選取，巖土體參數最終確定如表1。

表1 抗剪強度參數

2 工程性質分析及穩定性計算

由表1可知，滑帶土為軟弱夾層。按常規，認定滑帶為潛在滑動面，選取折線形計算模型，采用Morgenstern-Price法對滑坡的四個滑動斷面進行計算。工況選擇自然狀態，按規范將該滑坡工程安全等級定為Ⅰ級，安全系數定為1.3[8]，以其中一個主滑斷面Ⅱ-Ⅱ′剖面為例，在天然狀態下進行計算。(如圖2、圖3、表2、圖4所示)。

圖2 Ⅱ-Ⅱ′剖面天然狀態(滑帶)

剖面穩定系數加固前加固后所需加固力/(kN/m)滑坡剩余下滑力選取/(kN/m)Ⅰ-Ⅰ'滑帶1.2181.3228228Ⅱ-Ⅱ'滑帶1.0521.3817817Ⅲ-Ⅲ'滑帶1.1411.3385385Ⅳ-Ⅳ'滑帶0.9931.3669669

圖4 Ⅱ-Ⅱ′剖面天然狀態(圓弧)

在滑坡穩定性評估體系中，首先要調查清楚滑坡的地質體條件，建立能反映實際情況的地質模型和計算模型，然后選擇較為準確的物理力學參數和穩定性計算方法，才能比較準確地評估滑坡在各種工況下的穩定性狀態[9]。

在綜合分析該滑坡的地質特性和相關巖土體參數后，筆者認為，滑體表層的殘坡積土層的內聚力和內摩擦角偏低，且滑坡前緣由于多種原因，形成高差約8 m左右的陡坡，可能存在圓弧滑動的失穩模式。

經過軟件計算分析，找出潛在的圓弧滑動面，并采用簡化Bishop法，計算天然工況、穩定系數為1.3時所需要的加固力，計算結果見表3。

表3 某變電站滑坡各剖面剩余下滑力選取結果(圓弧)

對比表2和表3，可以得出如下結論：

①圓弧滑動在Ⅰ-Ⅰ′剖面、Ⅱ-Ⅱ′剖面的加固前穩定系數比選取沿滑帶滑動更低，更容易發生失穩滑動現象。

②在按規范要求治理后安全系數同為1.3時，圓弧滑動在Ⅰ-Ⅰ′剖面、Ⅲ-Ⅲ′剖面所需要的加固力較之于選取沿滑帶滑動更高，直接影響剩余下滑力的選取。

對于滑坡剩余下滑力的選取，綜合圓弧滑動和沿滑帶滑動兩種模型，各剖面選取其中所需加固力大者作為剩余下滑力(如表4所示)。

可見，本工程實例中，對滑坡滑動潛在滑面的分析，不能簡單按折線型進行計算，而應該考慮工程的相關特點，仔細分析其可能存在失穩模型，進而根據不同模型，選取不同的計算方法，得出最為科學的數據。

表4 某變電站滑坡各剖面剩余下滑力選取結果

3 結論

主要介紹了滑坡穩定性分析中的常用分析模型，并提出工程實踐中存在的模型處理問題。結合宜萬鐵路某變電站滑坡的工程實例，采用沿滑帶滑動的模型和圓弧滑動的模型兩種計算方法，并對計算結果進行對比，驗證只有在結合工程特點，建立全面、合理的工程模型的前提下，穩定性分析才是科學全面的。綜合本文，可以得出以下結論：

①在滑坡穩定性評估體系中，首先要調查清楚滑坡的地質體條件，建立能反映實際情況、較準確的地質模型和計算模型，然后選擇符合實際的物理力學參數和穩定性計算方法，才能比較準確地評估滑坡在各種工況下的穩定性狀態。

②滑坡穩定性計算中，失穩模型應該結合相關的滑體工程地質特性確定，而不能簡單套用相關模型。

③對于不同滑坡失穩可能，應該選用相關模型的計算方法進行計算處理。一般來說，折線型滑坡選用Morgenstern-Price法、圓弧滑動選用簡化Bishop法比較多。

[1] 張武洪.高含水滑坡發生機理及防治技術研究[D].成都：西南交通大學，2009

[2] 王恭先，徐峻齡，劉光代，等.滑坡學與滑坡防治技術[M].北京：中國鐵道出版社，2007

[3] 劉曉朋，等.某滑坡分析與治理方案設計[J].鐵道勘察，2011(6)：56-60

[4] 向俊紅，等.概論滑坡穩定性影響因素[J].鐵道勘察，2009(4)：27-28

[5] 胡修文，唐輝明，劉佑榮.傳遞系數法的模型試驗驗證[J].巖土力學，2005，26(1)：63-66

[6] 劉華麗，朱大勇，劉富德.滑坡安全系數的多解性討論[J].巖土力學，2007，28(8)：1661-1664

[7] 劉傳正.地質災害勘察指南[M].北京，地質出版社，2000

[8] DZT/0219—2006 滑坡防治工程設計與施工技術規范[S]

[9] 任偉中，金亞兵，馮光平，等.滑(邊)坡穩定性評估探討[J].巖土力學，2010，31(7)：2130-2134