滑帶土強度參數確定方法研究

彭振斌 田榮熙

【摘要】本文主要介紹滑坡治理過程中滑帶土參數的確定，采用工程類比GSI法、反演分析、現場試驗多種方法綜合比較分析，確定滑帶土的強度指標供設計采用。經過后期運行過程的監測和驗證，說明該參數確定方法科學合理，并為類似工程提供參考和指導。

【關鍵詞】滑坡；反演分析；GSI法；滑帶土參數

1 前言

在滑坡治理防治過程中，面臨三個關鍵問題[1]：1）滑坡的處理范圍；2）滑帶土抗剪強度參數的試驗和選擇；3）滑坡穩定性評價和推力計算分析。解決以上難題在滑坡治理過程中尤為重要。故根據具體工程實例，采用多種方法確定滑帶巖土參數，為類似工程提供借鑒和指導。

2 工程概況

2.1 滑坡概況

某滑坡位于江坪河壩址下游右岸約3km處，滑坡體后緣自然坡度為17°～40°，前緣存在一炸藥庫（由業主選址決定）。并且滑坡前緣存在一條公路，故需要對滑坡進行治理，不僅保證前緣炸藥庫安全，而且需要保證公路穩定通行。

經初步調查，滑坡后緣已開裂，前緣已發生坍塌，體積約3×104m3。開裂滑坡體縱長約300m，體積約80×104m3。滑坡體已滑塌周界清晰。

2.1 工程地質條件

滑坡體下伏基巖地層為震旦系上統燈影組至寒武系下統滄浪鋪組，燈影組（Zbdn）為灰巖、泥灰巖；筇竹寺組（∈1q）為頁巖；滄浪鋪組（∈1c）為蘭灰色泥灰巖、頁巖及泥質灰巖。基巖產狀為N0°～20°W，SW∠20°～30°，傾向上游，上游沖溝與巖層走向組合，構成順向坡。滑坡區斷裂構造發育，受斷裂切割，山體顯得較為破碎、單薄，且巖性較軟弱，易于風化。

滑坡體為松散的碎（塊）石夾土，滑床巖層為強風化的炭質頁巖，為相對隔水層，地表大氣降水易于下滲并易于儲存在滑坡體內，因此，滑帶易于飽水。

3 滑帶土參數的確定

3.1 工程類比

由于該滑坡主要為巖質滑坡，采用GSI評判方法確定參數較為合理[2]，根據巖體的單軸

抗壓強度值，判定該滑帶土巖體 ，根據滑坡體性質可確定常數 ，故根據該工程采用GSI評分表判定其GSI值為10～15。

表1 基于GSI估算的滑帶土巖土體強度參數表

參數 滑帶土碎塊結構

σci 0.25 0.5

mi 4 9

D 0 0

GSI 10 15

mb 0.134 0.362

S 2.6e-5 4.54E-5

a 0.619 0.585

σ3max（MPa） 0.4 0.4

c（KPa） 21 20

φ（°） 22 28

σt（MPa） 0 0

σc（MPa） 0.001 0.001

σcm（MPa） 0.011 0.025

E（MPa） 53.03 70.71

圖 1 Hoek-Brown非線性強度包絡線及Mohr-Coulomb線性擬合

根據GSI地質評價體系確定該滑帶土巖土體變形及強度參數，該方法考慮了巖體組構特征、地下水影響、邊坡高度變化及開挖擾動影響。綜合確定坡洪積層巖土體Mohr-Coulomb強度參數分別為： ， 。

3.2 反演分析

為驗證巖土體力學性質的合理情及合理取值范圍，進行敏感性分析，敏感性分析按整體穩定計算，計算斷面及滑面見圖2，計算方法采用Morgenstern-price法。參數基準為內磨擦角為25.5°，粘聚力取27kPa。敏感性分析成果見圖3。

圖2 滑坡計算斷面圖

圖3 安全系數隨參數變化圖

假設邊坡此時穩定性系數分別為0.95、1.00、1.05三個狀態值，根據所計算安全系數得出c和phi需要滿足以下幾個條件：

Fs=0.95：

Fs=1.00：

Fs=1.05：

聯立方程組，求解矛盾方程組的最優解。在此采用了麥夸特優化算法（Levenberg-Marquardt） 求該組方程，所得結果為： 。

3.3 現場試驗

根據地質專業根據現場原位測試及室內試驗，得到參數建議值為 ，天然重度為21kN/m3，飽和重度為24 kN/m3。

3.4 參數對比及穩定性評價

由于試驗得到的參數存在一定的誤差，在滑坡穩定性評價過程中，應采用多種方法進行對比分析，得到參數如表2：

表2 巖土強度指標比較

確定方法 內摩擦角φ（°） 黏聚力c（KPa）

經驗類比GSI 22～28 21～30

反演分析 25.1 27.6

地質試驗參數 20.8 40.0

通過多種方法比較分析，由于該滑坡后緣已發現裂縫，及滑坡處于極限平衡狀態，故本次設計強度指標主要以反演分析得到的指標為準，及以 進行設計，進行分析結果見表3，

表3 穩定性分析計算結果

工況及滑面類型 安全系數 目標安全系數 剩余下滑力（kN/m）

持久設計工況 折線形滑面 1.068 1.15 2724

圓弧形滑面 1.114 1.15 /

短暫設計工況 折線形滑面 1.028 1.10 2452

圓弧形滑面 1.096 1.10 /

偶然設計工況 折線形滑面 1.039 1.05 223

圓弧形滑面 1.082 1.05 /

4 結語

本滑坡采用持久設計工況得到的滑坡推力2724kN/m進行設計，并采用抗滑樁支護方案，有效的抑制了滑坡，并保證工程在健康運行。經過后期的監測發現，該滑坡的發生的實際變形在設計的允許范圍之內，說明本次設計科學、合理。

參考文獻：

[1] 王恭先，王應先，馬惠民. 滑坡防治100例[M].北京：人民交通出版社，2008

[2] 徐幫棟.滑坡分析與防治. 北京：中國鐵道出版社[M]，2001

[3] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先等.邊坡與滑坡工程治理 [M].北京：人民交通出版社，2010

[4] 中華人民共和國水利部.SL386-2007水利水電工程邊坡設計規范[S]. 北京：.中國水利水電出版社，2007

[5] 鐵道部第二勘測設計院.抗滑樁設計與計算[M]. 北京：中國鐵道出版社，1983

[6] 中華人民共和國國土資源部. DZ/T0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范[S]. 北京：中國標準出版社

[7] 李智毅，楊裕云. 工程地質學概論[M]. 武漢：中國地質大學出版社，1994