滑坡失穩(wěn)機(jī)理分析對(duì)其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)影響的探究

李小虎

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430000)

滑坡(包括邊坡，下同)的穩(wěn)定性及剩余下滑力大小是工程建設(shè)及滑坡防治方案選擇中的關(guān)鍵問題之一，亦是工程建設(shè)者們特別關(guān)切的事情［1］。滑坡穩(wěn)定性的定量分析，是在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值計(jì)算，給出滑坡穩(wěn)定性以量的概念。目前常用的分析方法有:極限平衡法、應(yīng)力應(yīng)變分析法、模型試驗(yàn)法及各種圖表法等［2-4］。極限平衡法是最經(jīng)典，采用最多，也是目前最成熟有效的一種方法［5-6］。

實(shí)際工作中，一般根據(jù)滑面類型，有針對(duì)性的選擇計(jì)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(diǎn)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(zhì)和部分切層的滑坡，具有圓弧形、平緩圓弧滑動(dòng)面)。

(3)楔形滑移面。

(4)折線型或是不規(guī)則型［7］。

一般滑坡勘察中，由單一滑面類型來選擇計(jì)算公式取得了良好成效，然而筆者認(rèn)為滑坡的穩(wěn)定性分析及剩余下滑力更應(yīng)該從滑坡的失穩(wěn)機(jī)理上分析，從而對(duì)滑坡的穩(wěn)定性做綜合評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)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(fā)現(xiàn)在該變電站東北側(cè)的自然斜坡中發(fā)育一個(gè)老滑坡。該滑坡主滑方向?yàn)?38°，滑坡體沿主滑方向長134 m，沿垂直主滑方向?qū)?55 m，滑體厚6～12 m，平均厚約9 m。

經(jīng)過詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，發(fā)現(xiàn)滑坡區(qū)域主要地層為素填土、第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土夾碎塊石層、第四系全新統(tǒng)沖洪積卵礫石層、老滑坡堆積體的碎塊石夾粉質(zhì)黏土層、滑帶土層，基巖為志留系下統(tǒng)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(yàn)、反算等經(jīng)綜合選取，巖土體參數(shù)最終確定如表1。

表1 抗剪強(qiáng)度參數(shù)

2 工程性質(zhì)分析及穩(wěn)定性計(jì)算

由表1可知，滑帶土為軟弱夾層。按常規(guī)，認(rèn)定滑帶為潛在滑動(dòng)面，選取折線形計(jì)算模型，采用Morgenstern-Price法對(duì)滑坡的四個(gè)滑動(dòng)斷面進(jìn)行計(jì)算。工況選擇自然狀態(tài)，按規(guī)范將該滑坡工程安全等級(jí)定為Ⅰ級(jí)，安全系數(shù)定為1.3［8］，以其中一個(gè)主滑斷面Ⅱ－Ⅱ'剖面為例，在天然狀態(tài)下進(jìn)行計(jì)算。(如圖2、圖3、表2、圖4所示)。

圖2 Ⅱ－Ⅱ'剖面天然狀態(tài)(滑帶)

圖3 Ⅱ－Ⅱ'剖面天然狀態(tài)加固力(滑帶)

表2 某變電站滑坡各剖面剩余下滑力選取結(jié)果(滑帶)

在滑坡穩(wěn)定性評(píng)估體系中，首先要調(diào)查清楚滑坡的地質(zhì)體條件，建立能反映實(shí)際情況的地質(zhì)模型和計(jì)算模型，然后選擇較為準(zhǔn)確的物理力學(xué)參數(shù)和穩(wěn)定性計(jì)算方法，才能比較準(zhǔn)確地評(píng)估滑坡在各種工況下的穩(wěn)定性狀態(tài)［9］。

在綜合分析該滑坡的地質(zhì)特性和相關(guān)巖土體參數(shù)后，筆者認(rèn)為，滑體表層的殘坡積土層的內(nèi)聚力和內(nèi)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(dòng)的失穩(wěn)模式。

經(jīng)過軟件計(jì)算分析，找出潛在的圓弧滑動(dòng)面，并采用簡化Bishop法，計(jì)算天然工況、穩(wěn)定系數(shù)為1.3時(shí)所需要的加固力，計(jì)算結(jié)果見表3。

圖4 Ⅱ－Ⅱ'剖面天然狀態(tài)(圓弧)

表3 某變電站滑坡各剖面剩余下滑力選取結(jié)果(圓弧)

對(duì)比表2和表3，可以得出如下結(jié)論:

①圓弧滑動(dòng)在Ⅰ－Ⅰ'剖面、Ⅱ－Ⅱ'剖面的加固前穩(wěn)定系數(shù)比選取沿滑帶滑動(dòng)更低，更容易發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)現(xiàn)象。

②在按規(guī)范要求治理后安全系數(shù)同為1.3時(shí)，圓弧滑動(dòng)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(dòng)更高，直接影響剩余下滑力的選取。

對(duì)于滑坡剩余下滑力的選取，綜合圓弧滑動(dòng)和沿滑帶滑動(dòng)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(shí)例中，對(duì)滑坡滑動(dòng)潛在滑面的分析，不能簡單按折線型進(jìn)行計(jì)算，而應(yīng)該考慮工程的相關(guān)特點(diǎn)，仔細(xì)分析其可能存在失穩(wěn)模型，進(jìn)而根據(jù)不同模型，選取不同的計(jì)算方法，得出最為科學(xué)的數(shù)據(jù)。

表4 某變電站滑坡各剖面剩余下滑力選取結(jié)果

3 結(jié)論

主要介紹了滑坡穩(wěn)定性分析中的常用分析模型，并提出工程實(shí)踐中存在的模型處理問題。結(jié)合宜萬鐵路某變電站滑坡的工程實(shí)例，采用沿滑帶滑動(dòng)的模型和圓弧滑動(dòng)的模型兩種計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證只有在結(jié)合工程特點(diǎn)，建立全面、合理的工程模型的前提下，穩(wěn)定性分析才是科學(xué)全面的。綜合本文，可以得出以下結(jié)論:

①在滑坡穩(wěn)定性評(píng)估體系中，首先要調(diào)查清楚滑坡的地質(zhì)體條件，建立能反映實(shí)際情況、較準(zhǔn)確的地質(zhì)模型和計(jì)算模型，然后選擇符合實(shí)際的物理力學(xué)參數(shù)和穩(wěn)定性計(jì)算方法，才能比較準(zhǔn)確地評(píng)估滑坡在各種工況下的穩(wěn)定性狀態(tài)。

②滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中，失穩(wěn)模型應(yīng)該結(jié)合相關(guān)的滑體工程地質(zhì)特性確定，而不能簡單套用相關(guān)模型。

③對(duì)于不同滑坡失穩(wěn)可能，應(yīng)該選用相關(guān)模型的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算處理。一般來說，折線型滑坡選用Morgenstern-Price法、圓弧滑動(dòng)選用簡化Bishop法比較多。

［1］張 武洪．高含水滑坡發(fā)生機(jī)理及防治技術(shù)研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2009

［2］王 恭先，徐峻齡，劉光代，等．滑坡學(xué)與滑坡防治技術(shù)［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(shè)計(jì)［J］．鐵道勘察，2011(6):56－60

［4］向俊紅，等．概論滑坡穩(wěn)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(shù)法的模型試驗(yàn)驗(yàn)證［J］．巖土力學(xué)，2005，26(1):63－66

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

［7］劉 傳正．地質(zhì)災(zāi)害勘察指南［M］．北京，地質(zhì)出版社，2000

［8］D ZT/0219—2006 滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］

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