確定滑坡巖土體物理力學參數的勘探樣本數目

姚勁松

（長江勘測規劃設計研究院（武漢））

1 引言

滑坡是最為常見的地質災害之一，其防治初步設計報告中確定的巖土體物理力學參數往往是后期滑坡治理（穩定性驗算、支護選型等）工程設計的重要依據。確定滑坡巖土體建議值的方法多采用現場原位試驗或者室內試驗。然而在巖土工程勘察過程中，由于巖土體物理力學參數時空分布的不確定性和離散性，往往需要對巖土體進行多次測量求其統計特征量（如均值、方差），以獲取必要的信息才能用于指導工程設計和實踐。勘探樣本數目的確定是一個顯著的“對立與統一”問題，當勘探樣本數目太小，會由于認識不足而造成統計偏差進而引起設計方案安全儲備不足；而勘探樣本的數目太大則會顯著加大勘察成本。因此，勘探樣本數目顯著影響工程的可靠性、安全性與經濟性，然而這方面的研究在工程實踐中還較為鮮見。

在《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）中，對于勘察工程的最小勘探量僅作出了簡單的規定：在邊坡工程中，土層的樣本數目≥6個，而巖層則≥9個。出于經濟性的考慮，如未作出特殊勘察規定，工程技術人員往往選擇勘探數目的下限（土層樣本6個、巖層樣本數目9個）作為實際勘探數，而不考慮樣本的其他特征（如變異性），這顯然不利于勘察工作布置的機動性和靈活性。文章通過對實際工程中的物理力學試驗結果進行分析，以重慶市武隆縣烏江銀盤水電站新灘滑坡為工程背景，對滑坡巖土體物理力學參數的勘探樣本數目展開簡單的探討。

2 工程概況

圖1 新灘滑坡工程位置示意圖

烏江銀盤水電站壩址位于重慶市武隆縣江口鎮上游4 km處，距烏江河口約94 km，為烏江干流開發的第11 梯級（如圖1）。烏江銀盤水電站水庫正常蓄水位215 m，庫水回至彭水電站，庫長約53 km，相應總庫容3.20億m3，水庫建成后依據相應二級公路50年一遇水位的淹沒標準，319國道在彭水縣境內將有長約150 m受新灘滑坡影響。

新灘滑坡位于彭水縣漢葭鎮文廟居委會一組，靠近烏江右岸河床，兩岸谷坡左陡右緩，呈不對稱“U”型。319國道在該段由西至東穿過，平面呈不規則敞口“C”型，路面高程約245 m。公路內側山坡地形坡角25°，為耕地，植被較發育；外側為陡斜坡，地形坡角約30°。滑坡上無沖溝發育。

3 勘探巖土體的統計特征

3.1 土層統計特征

滑坡勘察主要的土層參數包括：物理性質（天然含水率w、土粒比重ρd、液限WL、塑限WP、塑性指數IP、液性指數IL等）、抗剪強度指標（天然粘聚力cs、內摩擦角φs，飽和粘聚力csˊ、內摩擦角φsˊ）。物理性質試驗和抗剪強度指標測定試驗在長江科學院進行。按照《規范》規定，在現場滑坡區不同位置選取6個土體樣本，分別命名為TK1、TK2、TK3、TK4、TK5、TK6，用于測定土體的物理力學參數。試驗按照《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999要求嚴格進行，以獲取可靠的相關參數。各土樣的物理性質參數如圖2所示。

土體抗剪強度指標采用100-400MPa 四級法向應力測定其峰值抗剪強度，計算得到的剪切強度指標如圖2（d）和圖2（e）所示。

圖2 土樣物理力學參數圖

3.2 巖層統計特征

主要的巖層參數包括：密度（ρrs）、含水率（w）、孔隙率（n）、單軸抗壓強度σc、單軸抗拉強度σt等。巖層統計樣本數為9個，編號分別為ZK1～ZK9，各巖樣的物理性質參數如圖3所示。

圖3 巖樣物理性質參數圖

4 分析與討論

定義樣本的變異系數：

式中：σ為樣本的標準差，μ為樣本均值。

計算得到土樣各物理力學參數變異系數如表1所示，巖樣各物理力學參變異性如表2所示。

表1 土層參數變異性表

表2 巖層參數變異性表

從表1中可以看出，滑體土的物理性質指標變異系數一般在0%～16.72%之間，變異性較小；液性指數變異系數199.11%，變異性很大；滑體土的力學性質指標黏聚力變異系數在12.02%～32.65%之間，變異性由小變大，內摩擦角變異系數小。除了液性指數外，當勘察樣本數為6 時，基本能滿足實踐需要。表2 則表明，巖層的變異性相對較小，均在15.00%以內，這表明巖層的物理力學參數（尤其是密度）較為穩定，因此巖土工程勘察規范中定的最小勘察數量9顯得過大，應該結合實際情況，減小一些物理量的測定量。

5 結語

巖土工程勘探樣本數目的確定很重要。文章初步發現，文中對于土層勘探樣本數取6是基本合適的，參數有較好的穩定性；然而對于巖層，取樣樣本為9時對于一些物理力學參數（例如密度）是不必要的。規范中對于該類問題需要進行更為詳細的規定。