銅川～黃陵公路沿線滑坡穩定性研究

孫明祥

(江門市勘測院有限公司，廣東 江門　529000)

1　緒　論

滑坡是巖土變形中規模大、數量多、危害嚴重、性質比較復雜且具有一定規律的不良物理地質現象。它同崩塌、泥石流一樣是山區常見的自然災害。滑坡是指在一定自然條件下斜坡部分巖土，在重力作用下，由于自然及人為等因素的影響，沿著一定的軟弱面或帶整體、緩慢(有時也是急劇)的以水平位移為主的變形現象。斜坡的這種變形現象，輕則損壞建筑和生活設施；重則掩埋村鎮、摧毀廠礦、中斷交通、堵塞江河、破壞農田等，常給國家建設和人民生命財產造成嚴重損失。全國約有1/3的滑坡災害發生于黃土地區[1]，據不完全統計，我國僅陜西省就已經發生黃土滑坡 1 131處[2，3，4]。表1列舉了我國陜西地區較大滑坡災害的實例，從中可看出其危害的嚴重性，所以，把滑坡作為一個工程地質問題和自然災害來研究，其學術和經濟意義是十分顯著的。

我國陜西地區較大滑坡災害的實例[5]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

2　研究區的滑坡災害

本文以陜北地區銅川～黃陵段(以下簡稱“銅黃段”)公路沿線滑坡作為研究對象，據統計銅黃段公路穿越古滑坡約20處，滑坡段路線長度約 9 km，占路線全長9%。銅黃段30處工程滑坡，除6處小規模滑坡外，其余各處均進行了詳細工程地質勘查工作。針對各個滑坡不同的形成機制和自身特點，均提出具有針對性的治理方案。治理措施中采用了抗滑擋墻、滲溝、抗滑樁、錨索抗滑樁、錨索框架梁、錨索肋板等抗滑措施，以及預應力錨桿、與噴射混凝土、混凝土板聯合等其他工程措施。

由此可見，滑坡給人類活動的各個方面造成的損失是極為嚴重的。隨著人們對這一不良自然地質現象的規律性認識逐漸深化，治理滑坡災害的能力也在不斷提高。近30年來，我國和其他國家一樣，在防災害方面做了大量工作，取得許多成功經驗，也吸取了許多失敗的教訓。但是經濟開發和人類活動的要求相比，滑坡所造成的損失并不能完全加以控制。對不同地質環境產生的滑坡，其作用機理的研究、預防和控制滑坡產生的研究，都還處于不成熟的定性階段，至于定量的研究成果更少。

為了防患未然，最大限度地避免或減少滑坡災害給人類活動和生命財產造成的損失，必須加強滑坡從定性到定量的研究，探索不同類型滑坡的發生發展規律，有效地預防和控制滑坡的產生，并做好滑坡整治和養護工作。

3　滑坡分布規律及類型

滑坡，作為一種自然或工程地質現象，和其他事物一樣，有其發生、發展和消亡的完整過程。從不同的角度，不同的目的和其受力狀態分類的方法也是不同的，不同的受力模式和狀態，表現出不同的變形形跡，認識了這一點，就可以根據現場的形跡調查，判斷出滑坡的性質、發育階段和穩定狀態。由于滑坡種類繁多，性質復雜，為了便于研究和防治，國外一些學者提出不同的分類方案，這些分類方案不盡適合我國黃土地區滑坡的實際情況。

本文根據多年實際滑坡的調查資料，根據各類滑坡的特征及發生、發展的規律，將其劃分為黃土層內滑坡、黃土-基巖接觸面滑坡和混合型滑坡3種基本類型，如表2所示。

滑坡分類表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

圖1　馮家河地質剖面圖

圖2　陜西藍田任家灣黃土接觸面滑坡剖面圖

圖3　甘肅永靖黑方臺混合型滑坡剖面圖

4　典型滑坡實例穩定性及可靠性計算

滑坡穩定性判斷是防治滑坡的關鍵問題之一，國內外學術和工程技術人員曾對此進行過大量的調查研究。基于滑坡是以地質為基礎的巖土力學問題，我們根據長期的研究、實踐將判定滑坡穩定性的方法歸納為以下幾個方面：即地貌形態演變、地質條件對比、滑動因素變動、滑動跡象及其發展、山體平衡核算、滑坡穩定性計算、坡腳(基底)應力與巖土強度對比、結構物及巖土強度比擬計算，統稱為工程地質比擬法。前四個方面是通過自然條件和作用因素及其變化的對比判斷滑坡的穩定性，后四個方面則是用各種力學方法計算出滑坡穩定性在數量上的界限，每一方面都可以單獨使用。本文以川口滑坡破壞概率計算為例，采用傳遞系數法，作為計算穩定性及可靠度的模型，建立極限狀態方程。本次模擬擬定N=5 000。根據N個穩定系數值，統計出穩定系數z≤1的樣本數，利用公式估算其破壞概率Pf=42.45%。取置信度a=0.05，結合函數關系，當取c為正態分布，φ為正態分布時，穩定系數的概率分布近似符合正態分布函數，如圖4所示；破壞概率也是隨機變量c、φ的函數，與穩定系數z一樣，當N足夠大時，也近似符合正態分布函數。因此，對破壞概率的均值和標準差進行置信度為0.05的區間估計。隨著模擬次數的增大，無論是采用均值估計還是標準差估計，其區間寬度均隨模擬次數的增加而呈減小的趨勢，波動趨于穩定，隨著N的增加，趨勢趨于收斂，精度將提高。將模擬次數和破壞概率繪制如圖5所示。由圖可見，隨著模擬次數N的增大，破壞概率逐漸趨于平緩穩定，當N小于4000時破壞概率波動較大呈現先減小后增大的趨勢，當N大于4 000時，破壞概率變化不大，逐漸趨于穩定，故本文選擇N=5 000是合理的。

圖4　川口滑坡穩定系數頻數分布直方圖

圖5　模擬次數N的變化

在川口滑坡以反復抗剪強度指標計算得穩定系數為1.011時，為極限狀態，有近42%的破壞可能性。按傳統的定值方法判斷，該滑坡穩定性較差，依據破壞概率的大小可以將滑坡分5個等級[6]，如表3所示，屬于中等危險。而采用飽和快剪強度指標計算得穩定系數為1.62，破壞概率僅5%，為極低危險滑坡。由此可見，即使采用破壞概率判別標準，參數的確定仍然非常重要。

破壞概率判別　　　　　　　　　　　表3

由計算分析知，當不考慮滑帶土強度參數的變異性時，用定值方法計算出的滑坡剖面的穩定系數為1.011，滑坡為不穩定狀態，當采用可靠性分析時，滑坡是基本穩定的。當穩定系數一定時，破壞概率的值與極限狀態方程的各參數密切相關。如果各參數發生變化，則破壞概率也將變化。下面研究川口滑坡剖面，主要討論黃土滑坡滑帶土的變異性對可靠性評價的影響。圖6為按c、φ的變異系數與破壞概率的關系點成圖，基本有以下特點：

圖6　變異系數和破壞概率的關系

(1)隨著變異系數的增大，破壞概率也隨之增大，φ的變異系數不變，而c的變異系數變化時，破壞概率隨穩定系數變化較小，當c的變異系數不變而φ的變異系數變化時，破壞概率隨穩定系數的均值變化較大。

(2)當穩定系數接近于1時，破壞概率在50%左右，且隨參數變異系數的變化破壞概率變化幅度較小。根據袁曉蕾[7]討論結果，當穩定系數增大，參數變異系數的變化對破壞概率的影響極其顯著。但穩定系數極大時，參數變異系數的變化對破壞概率的影響又較低。

5　結　論

(1)通過對大量滑坡調查及前人資料歸納總結的結果表明，黃土滑坡給人類生命財產造成了巨大危害，因此由黃土滑坡引起的工程地質問題必須得到重視并且提出合理的治理措施。

(2)通過對滑坡調查統計表明，黃土滑坡的空間分布體現了其在宏觀分布上的成群性和成帶性分布的特點；根據黃土滑坡受力模式、受力形態和變形形跡將黃土滑坡分為黃土層內滑坡、黃土-基巖接觸面滑坡和混合型滑坡3種類型。

(3)建立了基于傳遞系數法的滑坡可靠性分析模型，以川口滑坡為例，對其可靠性的規律進行了探討，得出了土性參數的變異性、穩定系數和破壞概率是有內在聯系的，模擬次數越大，計算的破壞概率精度越高；隨機變量的均值和標準差估計對破壞概率計算的影響是明顯的，破壞概率對滑帶土的強度取值較敏感。

(4)本文對滑坡穩定性的研究為今后滑坡治理積累經驗和進行技術儲備，并解決了滑坡治理設計參數選定的難題。