某滑坡極限平衡法與有限單元法穩定性的對比

吳早生 黃建國

(浙江華匯巖土勘測有限公司，浙江紹興 312000)

1 工程地質條件

1)地層巖性特征。據工勘揭示，滑坡區(斜坡帶)由第四系全新統人工堆積土層(Qml4)、滑坡堆積層(Qapl4)、第四系中更新統沖洪積層(Q2apl2)和下伏侏羅系上統七曲寺組(J3q)地層組成。2)巖石風化特征。紫紅色砂質泥巖，全風化帶其巖石礦物成分以粘土礦物、伊利石、膨潤土、蒙脫石及云母片為主，該巖石風化后，泥巖中的粘土、泥質顆粒含量可達30%～50%，遇水易軟化泥化。親水性礦物易膨脹，形成極薄的泥化粘粒層，抗剪強度極低，C=0 kPa～10 kPa，φ=2°～9°，這些粘粒層在滑坡的滑移中起著決定性作用，所以一般將泥巖劃歸為易滑地層。該滑坡蠕動滑移其滑帶就在泥巖風化帶中。3)水文工程地質條件。該區域地下水類型為第四系堆積層的孔隙水，以潛水為主，基巖中的風化裂隙水較少，主要補給是大氣降水，并有部分泉水，該斜坡地層上部大部分土層為粘性土，滲透性差。

2 滑坡的基本特征

滑坡位于某學校區內，在校內施工中開挖土石方工程，挖除了斜坡腳的巖土，導致斜坡處于不穩定狀態，使老滑坡的巖土松動，發生蠕滑現象。經過半年多時間，氣候變化，使老滑坡變形蠕滑明顯加劇。滑坡平面形態基本呈半圓形滑動，滑坡表部坡度變化較大，由后緣弧頂至前緣滑軸線即Ⅳ—Ⅳ′至Ⅶ—Ⅶ′剖面所挾圍的地段。在滑坡的前緣一帶地面隆起明顯，經過擠壓變形形成滑坡舌部，部分滑坡地段土層已經發生明顯滑移，而且滑坡面非常清晰。滑坡舌已形成高約1.0 m的滑坡鼓丘。在滑體中前部區域裂縫發育密集，裂縫寬度有大有小，裂縫的兩側土體被擠壓隆起，滑體土體松散。滑體中已形成3個緩坡封閉臺地，平臺前高后低，平臺的后緣部分聚集大量地表水，在部分地段發育有寬約幾十厘米的張性裂縫，在具有潛在滑動的老滑坡體后緣一帶可見有大量的醉漢林。滑動面的特征是在滑坡后緣，滑動面位于粉質粘土中，滑動面傾角較緩，一般為10°左右，但后緣滑壁傾角較大，在滑坡帶中具有明顯擦痕，在滑坡面上一般都具有軟塑狀灰白色高嶺土膜;在中下部分，滑動帶主要分布于粘性土和基巖界面部位，基巖的上部全風化巖層中有大量密集的滑移結構面，呈網狀裂面，在滑坡面上有黃色及灰色泥膜，滑坡面傾角大小不等，在滑坡前部剪出口，滑動面主要在粘性土和為黃色粉質粘土和全風化的砂質泥巖交接部位，滑動面傾角較平緩。

3 極限平衡穩定性計算

1)計算方法及計算公式。由于該滑坡的滑動帶有的處于粘性土中，有的處于粘性土和基巖交接部位，有的位于粘性土和強風化交接處，由于大部分位于基巖頂面全劇風化帶中，故該滑坡以該滑坡面按分段傳遞系數計算方法，采用折線型滑動面計算。滑坡穩定性系數F的計算公式為:

其中，F為滑坡穩定系數;Ti為第i塊滑體下滑力，Ti=wi·sinαi;Ri為第 i塊滑體滑阻力，Ri=wi·cosαi·tanφi+Cili，wi，li，αi，Ci，φi分別為第 i塊滑體的重量、長度、滑面傾角、粘聚力和內摩擦角;ψj為第i塊滑體的剩余下滑力傳遞至第i+1塊的傳遞系數，

2)驗算結果。計算詳細數據匯及最終穩定安全系數結果匯總于表1中。經過計算結果可知，幾條滑坡剖面穩定系數均大于1.5，由此得到結論，該地帶相對穩定。部分滑坡剖面位于滑坡主軸，相對活躍，穩定系數相對較小，為1.135～1.294，前緣地帶的次級滑坡穩定系數較小，為0.846～0.977，由此可見，滑坡前緣土體處于不穩定狀態，發生緩慢蠕滑階段。總的來說，該滑坡采用幾個具有代表性的剖面進行計算與評價，得到滑坡穩定系數為0.8～1.2，表明該滑坡目前仍處于緩慢的蠕滑狀態，這與滑坡實際現狀相符合。

4 滑坡有限元法穩定驗算

對本滑坡采用有限元軟件進行模擬，驗證該滑坡穩定狀態。故采用ANSYS來完成有限元法的滑坡穩定驗算，求得該滑坡體相應的穩定安全系數。

1)計算方法:每個剖面采取計算范圍是坡腳沿120°向南東方向水平延展滑坡高度為1.5倍的距離作為邊界，從坡頂滑坡后緣壁沿300°向北西方向水平延伸滑坡高度2.5倍的距離作為邊界，上下邊界總高大于2倍坡的高度。左右兩側水平約束，下部固定。

表1 條分法計算結果

2)計算參數:在計算過程中，驗算對象視為均質土坡。滑體土天然重度(γ):20.2 kN/m3，滑帶土內摩擦角(φ):9°，滑帶土粘聚力(C):7 kPa，滑體土彈性模量(E):30 MPa，滑體土泊松比(v):0.3。

3)滑坡有限元法穩定驗算結論:通過對Ⅵ—Ⅵ′，Ⅶ—Ⅶ′，Ⅷ—Ⅷ′三個剖面的有限元穩定驗算，可以看出，該滑坡整體上處于基本穩定狀態，安全穩定系數分別為 1.26，1.07，1.14，Ⅵ-Ⅵ′穩定性最好，Ⅶ—Ⅶ′剖面安全穩定系數最低，與極限平衡法計算結果比較，清晰地表明相差幅度不是很大，與目前滑坡的實際情況基本吻合(見表2)。

表2 計算結果相比較

5 結語

1)運用傳統的極限平衡條分法，選取飽和殘余快剪強度進行穩定性驗算，得出結論是滑坡處于穩定狀態，與實際土坡的穩定狀態相吻合。2)采用目前處在研究階段的以ANSYS為計算工具的有限元強度折減法對滑坡進行了穩定驗算，從計算結果分析，與極限平衡條分法計算結果有所差別，但相差最大幅度未超過10%，說明具有一定可靠性。3)本文通過有限元強度折減法對比較復雜地形地貌、地質條件的滑坡進行穩定性分析，進一步的確定了該方法在工程實踐中應用的可行性，這對當前利用該方法分析非自然邊坡的狀況無疑是一種推動，并促進邊坡工程領域內對有限元法的應用。

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