淺析反演法計算滑帶土抗剪強度時反演參數(shù)的取值方法

汪宇

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團有限公司，四川 成都 610072）

1 概述

反演法是先判斷滑坡的平衡狀態(tài)，利用假定滑坡穩(wěn)定系K，反算確定滑坡滑帶土抗剪強度值（粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ）的一種方法。滑坡穩(wěn)定性評價中，滑帶土抗剪強度取值大小對滑坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。工程中一般根據(jù)采樣試驗、經(jīng)驗數(shù)據(jù)類比、反演試算等多種方法綜合確定。反演法計算公式包含的參數(shù)有滑坡形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)（如滑面傾角）、滑帶土c、φ值試算參數(shù)、滑坡穩(wěn)定性系數(shù)假定值F等。滑坡的平衡狀態(tài)不同，其反演時的參數(shù)取值也不同。文章以判斷滑坡平衡狀態(tài)為基礎(chǔ)，分析了不同穩(wěn)定性狀態(tài)下反演法的適用條件，并列舉工程實例闡述了利用反演法計算滑坡滑帶土抗剪強度大小時反演參數(shù)的具體取值方法。

2 滑坡的平衡狀態(tài)

滑坡出現(xiàn)變形后，可能會演化為三種基本平衡狀態(tài)：穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)、欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)和不穩(wěn)定（已整體滑動）狀態(tài)。穩(wěn)定或基本穩(wěn)定表明滑坡出現(xiàn)初次變形后，滑坡變形跡象逐漸削弱，滑坡趨于穩(wěn)定狀態(tài)；欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)表現(xiàn)為滑坡尚未出現(xiàn)整體滑動，但仍然處于持續(xù)蠕滑變形狀態(tài)。隨著時間推移的變形不斷加大，穩(wěn)定性逐漸降低，最后可能演變?yōu)榛抡w滑動；不穩(wěn)定狀態(tài)即指滑坡已產(chǎn)生整體滑動，滑動后滑坡勢能削弱，完整性降低，滑動后滑坡穩(wěn)定性相對較滑動前更穩(wěn)定。

3 反演法的適用條件及參數(shù)取值方法

3.1 反演法計算公式及適用條件

反演法是指在分析滑坡變形特征、平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，初步判斷滑坡的穩(wěn)定性，依據(jù)穩(wěn)定性假定滑坡穩(wěn)定系K，通過給定滑帶土粘聚力c值或內(nèi)摩擦角φ值，反算另一值的滑帶土抗剪強度參數(shù)計算方法[1]。其反演法計算公式如下：

給定內(nèi)摩擦角φ值，反算其c值，公式如下：

給定一個c值，反算φ值，公式如下：

式中：F-穩(wěn)定系數(shù)；

Wi-第i塊體重量(KN/m)；

αi-第i塊段滑動傾角(°)；

φ-滑帶土內(nèi)摩擦角(°)；

L-滑面總長(m)。

反演法的關(guān)鍵在于滑坡穩(wěn)定性系數(shù)F的確定，而F值的確定又與滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)密切相關(guān)。一般當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)時，F(xiàn)可取1.00 -1.02 之間的值；當(dāng)滑坡處于極限平衡狀態(tài)時，F(xiàn)可取1.00；當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，應(yīng)將滑動后的滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前狀態(tài)后，再按極限平衡狀態(tài)F可取0.98 -1.00 之間的值。

當(dāng)滑坡處于穩(wěn)定（基本）穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡變形跡象不明顯，不能有效判斷滑坡穩(wěn)定性系數(shù)區(qū)間取值，因此不適宜采用反演法。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡形態(tài)基本未發(fā)生較大變化，滑坡勢能尚未衰減，滑坡處于持續(xù)變形過程，此時可根據(jù)滑坡變形程度、滑坡的勢能、動能狀態(tài)，可假定滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)區(qū)間在1.00 -1.02 之間；當(dāng)滑坡變形跡象非常明顯，處于極限平衡時，可假定滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.00 來反演計算滑帶土的抗剪強度參數(shù)。

當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，說明滑坡已出現(xiàn)整體滑動，滑坡勢能已大部分釋放，此時就不能按滑動后的滑坡形態(tài)及滑動面進行滑帶土抗剪強度參數(shù)反演，而是應(yīng)先將滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前的形態(tài)，通過恢復(fù)后的滑坡形態(tài)，按極限平衡狀態(tài)F可取0.98 -1.00 來反演滑帶土的抗剪強度參數(shù)。

不同的滑坡平衡狀態(tài)，決定了反演法的適用條件，其反演法計算參數(shù)的取值方法不同。對于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的滑坡，不宜采用反演法；對于欠穩(wěn)定處于極限平衡的滑坡，適宜采用反演法；對于已參數(shù)滑動處于不穩(wěn)定的滑坡，需要恢復(fù)滑坡滑動前的形態(tài)后，可采用極限平衡狀態(tài)下反演法進行計算滑帶土抗剪強度參數(shù)。

3.2 不同平衡狀態(tài)下反演參數(shù)的選取方法

反演法涉及的參數(shù)包括滑帶土反演試算值c、φ、穩(wěn)定性系數(shù)反演假定值F以及滑體重度、滑面傾角、滑面長度等基本參數(shù)。其中滑帶土反演試算值c、φ、穩(wěn)定性系數(shù)反演假定值F三個參數(shù)與滑坡所處的平衡狀態(tài)密切相關(guān)，滑坡平衡狀態(tài)不同，參數(shù)取值方法和大小亦不同。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)時，反演試算值c、φ應(yīng)在室內(nèi)試驗快剪與殘余值間折減選取，F(xiàn)值應(yīng)在1.00 -1.02 之間選取，其他參數(shù)可通過滑坡計算剖面直接從計算機讀取。

當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡已剪切破壞，反演試算值c、φ應(yīng)從室內(nèi)試驗殘余值中選取，F(xiàn)值應(yīng)在0.98 -1.00 之間選取，其他參數(shù)應(yīng)在恢復(fù)滑坡滑動前剖面形態(tài)后直接從計算機讀取。

實際工程中，c、φ試算值應(yīng)依據(jù)室內(nèi)試驗值、經(jīng)驗值、反算值及試算工況等綜合確定。

4 工程應(yīng)用

本文以某滑坡的勘查成果為例，具體分析反演法在滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)計算中的應(yīng)用。

4.1 計算模型

該滑坡變形表現(xiàn)為前緣垮塌、溜滑，中部及后緣形成裂縫，滑坡在地震力的作用下已形多條成貫通性裂縫，滑坡變形跡象明顯。通過現(xiàn)狀分析，滑坡整體形態(tài)未改變，滑坡勢能未明顯削弱，結(jié)合滑坡變形可初步判斷滑坡處于持續(xù)變形階段，可按極限平衡狀態(tài)確定穩(wěn)定性系數(shù)取值。計算剖面見圖1。

圖1

4.2 計算參數(shù)

4.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

滑坡基本參數(shù)如滑塊面積、滑面傾角、滑面長度等直接在計算機上讀取。室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1。

表1 滑坡滑帶土室內(nèi)試驗參數(shù)統(tǒng)計表

4.2.2 參數(shù)選取

c、φ試算值：該滑坡未出現(xiàn)整體滑動跡象，滑動面未貫通，因此試算值應(yīng)在室內(nèi)試驗的快剪與殘余值間折減選取。根據(jù)試驗參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果，飽和工況下滑坡滑帶土的凝聚力范圍值為29～75kPa，平均值為40.8 kPa；內(nèi)摩擦角范圍值為11～19°，平均值為13.4°。反算參照試驗值范圍取值，c取26-32kpa，φ取17-22°。

穩(wěn)定性系數(shù)F假定值：目前滑坡形態(tài)整體未改變，滑坡勢能未明顯削弱，滑動面尚未貫通，結(jié)合滑坡變形可初步判斷滑坡處于極限平衡狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)可取F=1.00。

4.3 計算方法及結(jié)果

計算方法采用試算法，即在擬定的取值范圍內(nèi)，先以最大的c值（或φ值）固定，然后以每次降低1kpa（或1°）的幅度逐一代入公式（1）、（2）中，反算出對應(yīng)的F反值，然后以反算得到的F反值與根據(jù)滑坡平衡狀態(tài)假定的F取值進行對比，當(dāng)F反=F時，此時所對應(yīng)的c值和φ值即是反算取值。

如表2，先取c=32kpa，然后分別取φ=22°、21°、20°……分別計算得到F反=1.19 、1.14 、1.10 ……，以此類推直到全部試算值計算結(jié)束。反算結(jié)果見表2。

表2 滑帶土抗剪強度c、φ值反算過程表

根據(jù)表2可以看出，當(dāng)c=30kPa、φ=18°或c=26kPa、φ=19°時，其反算得到的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計算值F反=1.00 與反演狀態(tài)下F假定值1.00 相等，此時對應(yīng)的c、φ值即為滑帶土抗剪強度反算值。對比兩組數(shù)據(jù)，因室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)c值比φ值的大得多，綜合確定反算參數(shù)取c=30kPa、φ=18°。

5 結(jié)論

反演法適用于可以直觀判斷出滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)，能假定穩(wěn)定性系數(shù)取值，處于欠穩(wěn)定或跡象平衡狀態(tài)的滑坡；反演法不適用于滑坡變形跡象不明顯，滑坡處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡。當(dāng)滑坡已發(fā)生整體滑動，采用反演法須將滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前再取參數(shù)計算。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)時，反演試算值c、φ應(yīng)在室內(nèi)試驗快剪與殘余值間折減選取，F(xiàn)值應(yīng)在1.00 -1.02 之間選取；當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡已剪切破壞，反演試算值c、φ應(yīng)從試驗殘余值中選取，F(xiàn)值應(yīng)在0.98 -1.00 之間選取。