滑坡推力計算方法探討

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

目前國內計算滑坡推力的方法大多數采用傳遞系數法,這種方法雖然簡便,但是通常在應用這種方法時不考慮滑面的破壞形式,實際滑面的破壞形式有單一滑面、折線型滑面、圓滑面及有錯動的分塊滑面,較為復雜[1]。而反算法將滑面分為不同的滑段,通過反算法聯立方程計算出不同段的c值、φ值,再求滑坡推力[2]。本文將著重敘述采用反算法計算滑坡推力。

一、計算方法的比較

目前實際工程中應用最為廣泛的方法是極限平衡法,通常情況下在計算滑坡推力時將其簡化為二維問題來求解,剛體極限平衡法包括[3]：圓弧滑動分析法(瑞典圓弧法)、Bishop法、Janbu法、分塊極限平衡法、傳遞系數法等；剛體極限平衡法的代表性方法的特點各有不同，如瑞典條分法的特點是：適用于圓弧滑面滑坡體，并垂直條分滑體，計算簡單；而傳遞系數法各分塊力平衡，適用于折線型滑坡面但滑面傾角不宜過陡。

二、滑帶土的基本特征

(一)滑帶土的分段

滑帶土在滑坡體的不同位置和不同的發育階段其強度特點不同。依據滑坡體實際的受力特征將滑坡體分為三段[3-5]：牽引段、主滑段、抗滑段。在推力的作用下滑動面會沿著擠壓剪切面形成整體滑動的趨勢,當抗滑力小于滑坡推力并且整個滑動面貫通時,滑坡體沿著滑動面整體滑動。

這一過程中牽引段為主動破壞,抗滑段為被動破壞；滑體各段的受力情況使其產生的破壞形式不同,各段的滑動面所通過的水文地質條件也有所區別,每段的c值、φ值就會不同。因此在計算滑坡推力的時候所用的強度指標應該依據實驗和反算相結合，最終確定強度指標。

(二)抗剪強度指標確定的方法

目前確定抗剪強度指標值的方法主要有[3,6]：試驗法、極限平衡狀態下的反算法、工程比擬計算、工程經驗法,以下主要介紹反算法。

反算法：根據不同的工程實際情況將滑坡體分為三種情況討論。

(1)假設滑坡體處于極限平衡的狀態,其安全系數為1進行反算強度指標值。

(2)在現場實際的主滑地質斷面上分析其處于的滑動階段,然后再假定一個安全系數進行反算。

(3)在實際條件較好時,取至少兩個與滑坡斷面相似的坡體,按照滑動時極限平衡的瞬間狀態,安全系數取為1,然后再聯立方程組求解C、φ值。

三、反算法的計算思路

反算法的基本原理是[7,8]：將滑坡體滑動的瞬間看作極限平衡的狀態,滑體整體的安全系數為1,再根據極限平衡方程求解抗剪強度值。比如可以先給出牽引段和抗滑段的強度指標值,反算主滑段的強度指標。

根據前面分析可知主滑段是滑坡體滑動的主要因素,在這一段中C、φ值應滿足滑塊的下滑力大于抗滑力。牽引段是由于失去主滑段的支撐而失去平衡下滑,其C、φ值應滿足下滑力等于抗滑力或者下滑力略微大于抗滑力；抗滑段處于被動破壞,它的C、φ值應該滿足下滑力小于抗滑力。通常牽引段和抗滑段的強度指標值比主滑段的要大,根據以上所述規律可以判斷強度指標值是否合理[7-9]。

四、反算法的計算方法

(一)一個斷面的反算

對于一個斷面的情況常用傳遞系數法來計算滑坡推力[9,10]。且滑體的剪出口處的剩余下滑力等于0。根據這一條件可以利用靜力極限平衡方程計算滑坡推力。根據極限平衡方程可得:

En=En-1ψn+Wnsinαn-Wnconαntanφn-cnln=0

從公式中可以看出需要先假設其中一個強度指標值,可以根據滑帶土的工程地質情況狀態假設值；然后反算另一強度指標。求出兩個強度指標值后,利用傳遞系數法計算滑坡推力。

(二)多斷面反算

在計算時可取滑體上多個斷面,根據極限平衡方程,聯立方程求解不同段的C、φ值。如果選取多個剖面,其中一個斷面的方程如下所示，同理其余剖面的方程也可得到[9,10]。

通過聯立多個剖面的方程,反算求解得到各段的強度指標值。此時得到的強度指標值與實際情況更加符合,代入強度指標值計算時應考慮不同的分段區域需要對應代入牽引段、主滑段、抗滑段的C、φ值來計算，單一滑面和多滑面的計算區別也就在此。

五、結論

滑坡推力在計算時要考慮較多的影響因素，因此很難準確估算滑坡推力大小,通過以上本文的敘述,得出以下結論：

(1)一個斷面反算求解時沒有區分不同段的土質情況不一樣,選取多斷面反算較一個斷面反算強度指標更為準確。

(2)在反算法中,將滑坡體按照滑動面穿過的巖土體實際地質的不同,分為三段。并選用不同的強度指標,這樣計算得到的結果更加精確。