關于滑坡穩定性的可靠度分析

（核工業西南勘察設計研究院有限公司, 四川 成都 610061）

關于滑坡穩定性的可靠度分析

于 宇

（核工業西南勘察設計研究院有限公司, 四川 成都 610061）

本文就滑坡穩定性影響因素進行分析，探究滑坡穩定性的可靠度分析方法，并對實例進行分析，以便確保滑坡穩定性的可靠度分析方法的準確性，更好預測滑坡的穩定性狀況。

滑坡；穩定性；可靠度分析

引言

可靠度分析理論在各大領域中的應用比較廣泛，例如在公路、鐵路、港口、水利水電工程等方面均具有廣泛的應用。由于在巖土工程中受到巖土性質、地形等因素的影響，與上述領域中的應用相比，在巖土工程中的應用相對比較滯后。針對滑坡穩定的可靠度分析研究如果使用“JC”法來進行分析研究，其誤差較大，需要使用比較精準的Monte-Carlo模擬法來計算分析。目前，在滑坡穩定的可靠度分析中通常會使用不平衡推力法、Sarma法等來計算滑坡的穩定性系數，但由于滑坡穩定性分析的方法沒有考慮到滑坡中各種因素的影響，例如滑坡幾何形狀、地震荷載、地下水等的影響。因此，需要采取失效概率或可靠度指標來分析滑坡的穩定性。

1 滑坡穩定性的影響因素

1.1 巖土性質

滑坡巖土土體的參數具有明顯的不確定性特點，導致不確定的因素主要有巖土體自身的變異性和實驗過程中出現的誤差兩個方面。由于巖土在形成的過程中必然會經歷漫長的地質年代，在此期間會受到不同程度的自然和人為因素的影響，使得巖土體會呈現非均質性和各向異性等特征。在實際檢測中，工作人員只能夠在特定情況下從巖土體中某個特定的位置中抽樣測定土體的參數，并通過經驗修正來確定設計值，因此，巖土體的參數和實際情況會有所差異。

1.2 計算方法不正確

目前，還沒有研制出一種能夠完全反映出滑坡實際情況的計算模型，當前的計算模型主要是以剛體理論為主，對計算模型的各種條件進行簡化，其結果分析必定會與實際結果有所差異。我國目前比較常用的計算方法有簡布法、不平衡推力法等，其中使用最多得是不平衡推力法。不平衡推力法主要是根據極限平衡原理進行分析計算的。

1.3 地下水

通過國內外多數研究表明，地下水對滑坡的穩定性具有決定性作用。地下水是一種重要的地質營力，通常和巖土體相互作用，從而改變了巖土體的物力、化學和力學的性質，對滑坡的穩定性具有一定的影響，會降低巖土體的強度。地下水會對巖土體產生靜水壓力，在地下水流動的過程中會產生動水壓力、孔隙水壓力等，并對靜水壓力具有一定的影響作用。

1.4 所承受的荷載

巖土體所承受的荷載主要有恒載、偶然荷載、臨時荷載等，其主要荷載來源包括滑坡自身的重力、地下水作用力、地震荷載、滑坡土體上其他外加荷載等。這些荷載具有較大的不確定特點，和巖土體物理力學性質的變異性具有密切聯系。另外，滑坡巖土體所處的環境地質條件也會對地下水作用力和滑坡巖土體上外加其他荷載具有一定的影響。

2 滑坡穩定性的可靠度分析方法

由于巖土工程的離散性較大、概率分布比較復雜，不同的指標之間存在較強的相關性。如果忽視這些變量之間的相關性，可能會使得可靠度指標計算結果出現誤差，為了提高計算結果的準確性，本文主要采用直接抽樣的Monte-Carlo模擬法來求解失效概率F和可靠度指標B。并制定出相應的計算方式。首先，需要確定隨機變量子樣。對巖土工程中常見的正態分布、對數正態分布和極值最大值分布，都應具有相應的隨機數模擬方法。其次，Monte-Carlo模擬法的步驟為：（1）產生0到1的均勻分布的隨機數。（2）使用復合法、反變換法、舍選法等多種方法產生變量x1，x2，…，xn相應的M組隨機數xi1，xi2，…，xni（i=1，2，…，n）。（3）將這M組隨機數帶入到極限狀態方程Z=g（x1，x2，…，xn）便可以得到隨機變量Z的容量為M的一個樣本z1，z2，…，zn。其中zi=g（ x1， x2，…，xn），如果z1，z2，…，zn中有K個z＜0，破壞概率的評估計量就是F=，隨機變量Z的均值和均方差的估計量公式為：

從上述的計算中可以看出，在模擬次數足夠多的時候，Monte-Carlo模擬法可以得到比較精準的失效概率。但在可靠度分析中通常會用可靠度指標來評價安全度的大小，將失效概率轉化為可靠度指標B時，會涉及到可靠度指標的定義和極限狀態概率的分布情況。通過相關研究可以得出，F數值不太小的情況下，隨機變量Z的分布情況對F的計算結果沒有影響。當Z呈現正態分布的隨機變量時，通過計算得出的F值比較精準，這時的Monte-Carlo模擬法就可以計算出比較精準的F和B的數值。

3 實例分析

本文主要以湖北縣的某處巖土滑坡路段為例，其中滑坡以西145米，下部分的滑坡體在去年雨季后出現變形。根據勘察實驗數據分析，該滑坡體的計算參數取值為：滑坡體中為19.4kn/m3，粘聚力為10 kPa，內摩擦角為26°。滑土帶上部的粘聚力為10 kPa、內摩擦角為20°；下部的粘聚力為7.3kPa、內摩擦角為17°。根據滑坡隨處的環境進行分析，設計中需要根據兩種工況進行考慮，一種是天然工況，滑坡地下水位為實測水位。另一種是校核工況，滑坡體中水位是持久暴雨后的水位。在進行可靠度分析的時候，將滑坡重量、滑坡帶的粘聚力以及內摩擦角視為隨機變量，通過使用Monte-Carlo模擬法計算出滑坡的穩定狀態可靠度指標為1.178。由此可以看出，滑坡體的穩定性的可靠度指標比較低，失穩可能性比較大。

結語

在進行模型滑坡穩定性研究的時候通常會受到巖土性質、計算模式、地下水、荷載等的影響，對滑坡穩定性的可靠度計算方式進行分析，Monte-Carlo模擬法是計算結果比較精準的一種分析方法。在滑坡穩定性的可靠度分析的時候，就需要充分考慮到這些因素，選用比較精準的計算模型，對滑坡穩定性的可靠度進行研究分析，從而更好的預測滑坡的穩定性，并及時采取有效的處理措施。

[1]李萍．山西鄉寧—吉縣地區黃土高邊坡可靠度研究[J]．地球科學與環境學報，2012，14（2）：14-15．

[2]鄭敏．花崗巖殘積土邊坡穩定性可靠度分析[J]．巖石力學與工程學報，2010，21（2）：54-55．

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