暴雨工況下兩種不同方法在下蜀土邊坡穩定性分析中的應用對比

楊正玉，姜 嘯，李 磊，劉順青

(1.江蘇省地質礦產局第三地質大隊，江蘇 鎮江 212001；2.江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇 鎮江 212100)

鎮江地區境內具有寧鎮、茅山、丹陽3條山系，寶華、茅山等17條山脈，大小山體有235座[1]。每年的雨季，鎮江地區是江蘇省內滑坡發生較頻繁的地區，嚴重影響了滑坡周邊居民、工廠職工及游客的生命、財產安全，這與鎮江地區廣泛分布的下蜀土邊坡密切相關。因此如何合理地評價下蜀土邊坡在暴雨工況下的穩定性對該類邊坡的工程設計具有重要的意義。

目前土質邊坡穩定性的分析方法主要有3類。第一類為極限平衡法(也稱為條分法)，代表性的有瑞典法[2]、Bishop法[3]、不平衡推力法[4]等；第二類方法為有限元法，包括有限元強度折減法[5]以及有限元極限平衡法[6]；第三類為極限分析法[7]。雖然如此，但是目前工程設計時大多仍采用極限平衡法進行土質邊坡的穩定性分析。

本文基于極限平衡法中的Bishop條分法，采用兩種不同的方式間接反映暴雨對下蜀土邊坡穩定性的影響，并將兩種方式得到的計算結果進行對比分析。研究結果對下蜀土邊坡的工程設計具有重要的意義。

1 兩種不同間接考慮暴雨影響的邊坡穩定性分析方法

1.1 邊坡表面施加地下水位線法

暴雨工況的設計，是《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219-2006)中必須要考慮的工況，因此土質邊坡支護設計時必須考慮暴雨的影響，然而規范中并沒有給出相應的分析方法。若采用滲流分析法，則對現場工程技術人員的理論要求較高，通常不常用。目前工程技術人員在考慮暴雨影響時，通常采用兩種間接方法，一種是在坡體表面施加水位線法(方法1)；另一種是邊坡降雨入滲深度范圍內抗剪強度參數折減法(方法2)。邊坡模型表面施加水位線法示意如圖1所示。

圖1 邊坡表明施加水位線法示意圖

1.2 降雨入滲影響深度內抗剪強度參數折減法

另一種考慮暴雨影響的方法(方法2)是將邊坡降雨入滲深度范圍內土體的抗剪強度參數進行折減折計算示意如圖2所示。

圖2 降雨入滲影響深度內抗剪強度參數折減法示意圖

2 邊坡穩定性計算模型及參數

本文采用下蜀土邊坡為研究對象，來分析兩種不同考慮暴雨的方法對邊坡穩定性的影響，所分析邊坡的幾何模型如圖3所示。下蜀土邊坡的土體參數如表1所示。

圖3 邊坡穩定性計算幾何模型

表1 下蜀土邊坡的土體參數

3 計算結果分析

3.1 不同降雨入滲深度的影響

本文采用GEO5程序中Bishop條分法分析方法1和方法2中下蜀土邊坡的穩定性，邊坡的坡角為45°，方法2分析時選取的降雨入滲的影響深度分別為1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m。下蜀土邊坡穩定性的計算結果如表2所示。

從表2中可以看出，對于坡度為45°的邊坡，當降雨入滲深度小于2.3 m時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數較小，而當降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小。因近年來的極端降雨條件時常出現，當實際下蜀土邊坡中的降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法1進行邊坡工程支護設計是偏于危險的，此時應采用方法2(取降雨入滲深度大于4.0 m)進行邊坡工程支護設計。

表2 下蜀土邊坡穩定性計算結果

3.2 不同抗剪強度參數折減程度的影響

為分析相同降雨入滲深度下抗剪強度參數折減程度對下蜀土邊坡穩定性的影響，選取邊坡的坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m，定義降雨入滲區強度參數折減度：

(1)

式中：f折減、f分別為降雨入滲土層及不受降雨影響土層的土體參數。

本文取折減度分別為0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，下蜀土邊坡穩定性的計算結果如表3所示。

表3 下蜀土邊坡穩定性計算結果

從表3中可以看出，對于坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m的邊坡，當折減度大于等于0.8時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數較小；而當折減度小于等于0.7時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小。因此，當實際下蜀土邊坡降雨入滲深度范圍內土體的折減度小于等于0.7時，采用方法1進行邊坡工程支護設計是偏于危險的。

3.3 不同邊坡坡度的影響

為分析不同的邊坡坡度對暴雨工況下下蜀土邊坡穩定性的影響，選取邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，降雨入滲區的強度參數折減度取0.7。下蜀土邊坡穩定性的計算結果如表4所示。

從表4中可以看出，當邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，入滲區的強度參數折減度為0.7時，坡度小于30°的下蜀土邊坡，采用方法1所得的邊坡安全系數較小；而當坡度大于35°后，則采用方法2所得的邊坡安全系數較小。因此，進行下蜀土邊坡支護方案設計時，應根據實際的邊坡坡度選用不同的分析方法。

表4 下蜀土邊坡穩定性計算結果

為進一步對比下蜀土邊坡坡度小于30°時兩種分析方法的計算結果，選取坡度為25°，對比分析方法1與方法2(不同降雨入滲深度)的計算結果，如表5所示。

表5 下蜀土邊坡穩定性計算結果

從表5中可以看出，當下蜀土邊坡降雨入滲深度取5.0 m時，方法1與方法2的結果一致。可見，無論下蜀土邊坡的坡度為多少，都可以采用方法2進行下蜀土邊坡暴雨工況下的穩定性計算，并且計算結果是偏于安全的。

4 結語

(1)當下蜀土邊坡坡度一定，降雨入滲深度小于2.3 m時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數較小，隨著降雨入滲深度的繼續增加，采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小。

(2)當下蜀土邊坡坡度及降雨入滲深度一定，抗剪強度參數折減法大于等于0.75時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數較小，當抗剪強度參數折減度小于0.75時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小。

(3)當下蜀土邊坡降雨入滲深度(3 m)及抗剪強度參數折減度一定(取0.7)，邊坡坡度小于35°時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數較小，反之則采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小；但是當邊坡降雨入滲深度為5 m時，坡度大于等于25°時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數較小。