滑坡穩(wěn)定性分析中的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定方法

陳 堯 萬(wàn) 謙

（重慶交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，中國(guó) 重慶 400074）

0 引言

滑坡(landslide)是斜坡巖土沿著某一破壞面（或軟弱面）整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象，是山區(qū)常見(jiàn)的一種不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究已經(jīng)是多數(shù)工程必做的工作。滑坡穩(wěn)定性分析時(shí)，除需知道滑面位置外，還必須知道滑體容重γ、滑面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、以及設(shè)計(jì)所要求的穩(wěn)定系數(shù)K。滑體容重γ 通過(guò)試驗(yàn)或憑經(jīng)驗(yàn)確定，滑面強(qiáng)度指標(biāo)c、影響很大，因?yàn)榧词褂形⑿〉牟顒e，均能造成很大的差異。

1 根據(jù)滑坡的滑動(dòng)性質(zhì)用剪切試驗(yàn)方法求滑面上的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

用試驗(yàn)方法求滑面土的的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)鍵在于要盡可能地模擬它的實(shí)際狀態(tài)，只有這樣才可能獲得符合實(shí)際情況的數(shù)據(jù)。

對(duì)于各種類(lèi)型滑坡，就其滑面上的剪切狀況來(lái)說(shuō)，大致可分為三種情況：（1）新生滑坡，現(xiàn)在尚未滑動(dòng)而即將發(fā)生滑坡者，顯然這時(shí)潛在滑動(dòng)面上并未發(fā)生剪切破壞，待發(fā)生剪切破壞時(shí)滑坡就滑動(dòng)了；（2）滑坡已滑動(dòng)，而且持續(xù)不斷在發(fā)生剪切位移，滑帶土已剪壞；（3）介于上述兩者之間，歷史上曾發(fā)生過(guò)滑動(dòng)，而現(xiàn)今并非經(jīng)常滑動(dòng)的滑坡。

然而由于滑坡過(guò)程本身的多樣性和復(fù)雜性，以及土介質(zhì)的多樣性，成因、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與不均勻性，其強(qiáng)度隨外界因素變化的可變性等，使得使用現(xiàn)有的土工試驗(yàn)儀器和方法很難準(zhǔn)確地模擬滑帶土的實(shí)際受力狀態(tài)和變化過(guò)程。

2 用反算法求滑面土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

滑坡的每一次滑動(dòng)都可以看成是一次大型的模型試驗(yàn)。只要弄清滑動(dòng)瞬間的條件，就可以求出該條件下滑面土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)于曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)滑動(dòng)的滑坡穩(wěn)定性，可通過(guò)滑坡滑帶土在滑動(dòng)前瞬間處于極限平衡條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比分析，以判斷滑坡的穩(wěn)定性。然后，再按滑動(dòng)已發(fā)生后的實(shí)際斷面檢算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)。反算法所求出c、值的可靠性取決于反算條件是否完備與可靠。實(shí)踐證明，只要反算條件可靠，所得指標(biāo)將能較好的反映土的力學(xué)性質(zhì)。

根據(jù)滑帶土的性質(zhì)不同，滑坡極限平衡狀態(tài)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的推算可以分為綜合c 法、綜合法及兼有c、法。

2.1 綜合c 法

當(dāng)滑帶土的抗剪強(qiáng)度主要受黏聚力控制，且內(nèi)摩擦角很小時(shí)，將摩擦力的實(shí)際作用納入c 的指標(biāo)內(nèi)考慮，反算綜合黏聚力c。此種簡(jiǎn)化只適用于滑帶飽水且滑動(dòng)中排水困難，滑帶又為飽和黏性土或雖含少量粗顆粒但被黏土所包裹而滑動(dòng)時(shí)粗顆粒不能相互接觸的情況。

對(duì)于均質(zhì)土，可假設(shè)為圓弧滑動(dòng)面滑坡。滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度綜合c0值可按下式推算：

式中：W2W1——在軸兩側(cè)滑坡體重；

c0——極限平衡條件下滑面（帶）的綜合黏聚力；

L——滑面（帶）的長(zhǎng)度，S 為總強(qiáng)度。

對(duì)于折線(xiàn)形的滑動(dòng)面，可將滑體分為若干條塊計(jì)算，即：

式中：ΣTR、ΣTc——分別表示滑坡體抗滑、下滑段的抗滑力及下滑力水平投影；

S——滑面（帶）總強(qiáng)度；

Wi、Wj——分別表示抗滑、下滑段滑體重；

αi、αj——分別表示抗滑、下滑段滑面傾角；

Li、Lj——分別表示抗滑、下滑段面的長(zhǎng)度。

由上可反算滑面（帶）的綜合值。

2.2 綜合值法

當(dāng)滑帶土的抗剪強(qiáng)度主要為摩擦力而黏聚力很小時(shí)，可假定c=0，反算土的綜合內(nèi)摩擦角，所謂綜合是指包含了少量黏聚力的因素。這種簡(jiǎn)化方法適用于滑帶土由斷層錯(cuò)動(dòng)帶或錯(cuò)落帶等風(fēng)化破碎巖屑組成，或?yàn)橛操|(zhì)巖的風(fēng)化殘積土的情況，因?yàn)檫@種情況下滑帶土中粗顆粒含量很大，抗剪強(qiáng)度主要受摩擦力控制。

2.3 兼有c、值法

當(dāng)滑帶土必須同時(shí)考慮黏聚力和內(nèi)摩擦力時(shí)，可有如下幾種辦法：（1）在同一次滑動(dòng)中，找出兩個(gè)鄰近的瞬間滑動(dòng)計(jì)算斷面，建立兩個(gè)反算式，聯(lián)立解出；（2）根據(jù)同一斷面位置，不同時(shí)間但條件相似的兩次滑動(dòng)瞬間計(jì)算斷面，建立兩個(gè)反算式聯(lián)立解出；（3）根據(jù)滑面土條件和滑動(dòng)瞬間的含水情況，參照類(lèi)似土質(zhì)情況的有關(guān)資料定出其中的一個(gè)指標(biāo)，反算另一個(gè)指標(biāo)值等。其計(jì)算公式為：

式中：Wi、Wj——分別表示抗滑、下滑段滑體重；

αi、αj——分別表示抗滑、下滑段滑面傾角；

Li、Lj——分別表示抗滑、下滑段面的長(zhǎng)度；

c——折線(xiàn)滑面上綜合單位黏聚力；

φ——折線(xiàn)滑面上綜合內(nèi)摩擦角；

m，n——滑體下滑段和抗滑段的分塊數(shù)。

用反算法只能求出一組c、值，它只能代表整個(gè)滑面上的平均指標(biāo)。對(duì)大多數(shù)滑坡來(lái)說(shuō)，由于滑面各段的性質(zhì)有差別，從上到下使用同一級(jí)c、值將帶來(lái)一定誤差。為了消除這種影響，反算式可先用試驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定上下段的指標(biāo)，只反算埋深較大的主滑段指標(biāo)。

3 用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滑坡的出現(xiàn)具有一定規(guī)律，例如構(gòu)成滑帶的土往往是某些性質(zhì)特別軟弱土層，如風(fēng)化的泥質(zhì)巖層及含有蒙脫石等礦物的黏性土，滑動(dòng)時(shí)滑帶土的含水量也在一定范圍內(nèi)，或滑動(dòng)面被水潤(rùn)濕。因此可以從過(guò)去治理滑坡所積累的資料里，根據(jù)滑帶土的組成、含水情況等和現(xiàn)今滑坡進(jìn)行對(duì)比，參考選用指標(biāo)。對(duì)每一個(gè)滑坡的滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，為了確保其可靠性，通常都同時(shí)從上述三個(gè)方面來(lái)獲得數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)分析整理定出使用值。

4 算例

首先用兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，考慮到滑坡已有數(shù)次蠕滑，但還沒(méi)有加速滑動(dòng)狀態(tài)，取K=0.97。滑坡中未出現(xiàn)抗滑段，故。選擇該滑坡兩個(gè)相鄰滑動(dòng)斷面1-1、2-2，其斷面圖如圖1、圖2 所示。

圖1 1-1 斷面圖

圖2 2-2 斷面圖

所需各項(xiàng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，表2。

表1 1-1 斷面滑坡數(shù)據(jù)表

表2 2-2 斷面滑坡數(shù)據(jù)表

計(jì)算斷面1-1 得到：

將以上數(shù)據(jù)代入式（3）中并整理得到：

計(jì)算斷面2-2 得到：

將以上數(shù)據(jù)代入式（3）中并整理得到：

聯(lián)立式（4）、式（5）得到：

tanφ=0.226；φ=12.73°；c=10.1kPa

即由兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ=12.73°；c=10.1kPa

再由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷該滑坡地質(zhì)巖層為灰色炭質(zhì)頁(yè)巖風(fēng)化之砂粘土，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值取得φ=12.42°；c=9.8kPa。

經(jīng)實(shí)際工程證明，采用反算法得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與實(shí)際情況較為吻合。反算法是確定滑坡穩(wěn)定性分析中的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的一種有效方法。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）剪切試驗(yàn)因受各種條件限制，局限性很大，無(wú)法模擬實(shí)際滑面上不同部位各種因素變化的實(shí)況，其結(jié)果常難令人滿(mǎn)意。而經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)過(guò)多的強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際上很難把握。（2）在反求主滑帶c、值時(shí)要充分考慮工程實(shí)際，按當(dāng)時(shí)坡體上出現(xiàn)的變形行跡，特別是坡體上出現(xiàn)裂縫的過(guò)程，經(jīng)過(guò)分析才能劃清滑坡的條塊，列出相應(yīng)的平衡方程，使得反算結(jié)果符合滑坡的實(shí)際情況。

［1］湯羅圣.三峽庫(kù)區(qū)堆積層滑坡穩(wěn)定性與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2013.

［2］燕建龍.鳳凰山滑坡穩(wěn)定性分析及治理監(jiān)測(cè)研究[D].中南大學(xué)，2005.

［3］湯羅圣，殷坤龍，周麗，繆海波.基于數(shù)值模擬與位移監(jiān)測(cè)的滑坡抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演分析研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，04：32-37.