滑坡穩(wěn)定性分析中的抗剪強度指標(biāo)的確定方法

陳 堯 萬 謙

（重慶交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，中國 重慶 400074）

0 引言

滑坡(landslide)是斜坡巖土沿著某一破壞面（或軟弱面）整體向下滑動的現(xiàn)象，是山區(qū)常見的一種不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究已經(jīng)是多數(shù)工程必做的工作。滑坡穩(wěn)定性分析時，除需知道滑面位置外，還必須知道滑體容重γ、滑面的抗剪強度指標(biāo)c、以及設(shè)計所要求的穩(wěn)定系數(shù)K。滑體容重γ 通過試驗或憑經(jīng)驗確定，滑面強度指標(biāo)c、影響很大，因為即使有微小的差別，均能造成很大的差異。

1 根據(jù)滑坡的滑動性質(zhì)用剪切試驗方法求滑面上的抗剪強度指標(biāo)

用試驗方法求滑面土的的抗剪強度指標(biāo)的關(guān)鍵在于要盡可能地模擬它的實際狀態(tài)，只有這樣才可能獲得符合實際情況的數(shù)據(jù)。

對于各種類型滑坡，就其滑面上的剪切狀況來說，大致可分為三種情況：（1）新生滑坡，現(xiàn)在尚未滑動而即將發(fā)生滑坡者，顯然這時潛在滑動面上并未發(fā)生剪切破壞，待發(fā)生剪切破壞時滑坡就滑動了；（2）滑坡已滑動，而且持續(xù)不斷在發(fā)生剪切位移，滑帶土已剪壞；（3）介于上述兩者之間，歷史上曾發(fā)生過滑動，而現(xiàn)今并非經(jīng)常滑動的滑坡。

然而由于滑坡過程本身的多樣性和復(fù)雜性，以及土介質(zhì)的多樣性，成因、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與不均勻性，其強度隨外界因素變化的可變性等，使得使用現(xiàn)有的土工試驗儀器和方法很難準(zhǔn)確地模擬滑帶土的實際受力狀態(tài)和變化過程。

2 用反算法求滑面土的抗剪強度指標(biāo)

滑坡的每一次滑動都可以看成是一次大型的模型試驗。只要弄清滑動瞬間的條件，就可以求出該條件下滑面土的抗剪強度指標(biāo)。對于曾經(jīng)產(chǎn)生過滑動的滑坡穩(wěn)定性，可通過滑坡滑帶土在滑動前瞬間處于極限平衡條件下的抗剪強度指標(biāo)與現(xiàn)場實測的抗剪強度指標(biāo)對比分析，以判斷滑坡的穩(wěn)定性。然后，再按滑動已發(fā)生后的實際斷面檢算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)。反算法所求出c、值的可靠性取決于反算條件是否完備與可靠。實踐證明，只要反算條件可靠，所得指標(biāo)將能較好的反映土的力學(xué)性質(zhì)。

根據(jù)滑帶土的性質(zhì)不同，滑坡極限平衡狀態(tài)抗剪強度指標(biāo)的推算可以分為綜合c 法、綜合法及兼有c、法。

2.1 綜合c 法

當(dāng)滑帶土的抗剪強度主要受黏聚力控制，且內(nèi)摩擦角很小時，將摩擦力的實際作用納入c 的指標(biāo)內(nèi)考慮，反算綜合黏聚力c。此種簡化只適用于滑帶飽水且滑動中排水困難，滑帶又為飽和黏性土或雖含少量粗顆粒但被黏土所包裹而滑動時粗顆粒不能相互接觸的情況。

對于均質(zhì)土，可假設(shè)為圓弧滑動面滑坡。滑動面抗剪強度綜合c0值可按下式推算：

式中：W2W1——在軸兩側(cè)滑坡體重；

c0——極限平衡條件下滑面（帶）的綜合黏聚力；

L——滑面（帶）的長度，S 為總強度。

對于折線形的滑動面，可將滑體分為若干條塊計算，即：

式中：ΣTR、ΣTc——分別表示滑坡體抗滑、下滑段的抗滑力及下滑力水平投影；

S——滑面（帶）總強度；

Wi、Wj——分別表示抗滑、下滑段滑體重；

αi、αj——分別表示抗滑、下滑段滑面傾角；

Li、Lj——分別表示抗滑、下滑段面的長度。

由上可反算滑面（帶）的綜合值。

2.2 綜合值法

當(dāng)滑帶土的抗剪強度主要為摩擦力而黏聚力很小時，可假定c=0，反算土的綜合內(nèi)摩擦角，所謂綜合是指包含了少量黏聚力的因素。這種簡化方法適用于滑帶土由斷層錯動帶或錯落帶等風(fēng)化破碎巖屑組成，或為硬質(zhì)巖的風(fēng)化殘積土的情況，因為這種情況下滑帶土中粗顆粒含量很大，抗剪強度主要受摩擦力控制。

2.3 兼有c、值法

當(dāng)滑帶土必須同時考慮黏聚力和內(nèi)摩擦力時，可有如下幾種辦法：（1）在同一次滑動中，找出兩個鄰近的瞬間滑動計算斷面，建立兩個反算式，聯(lián)立解出；（2）根據(jù)同一斷面位置，不同時間但條件相似的兩次滑動瞬間計算斷面，建立兩個反算式聯(lián)立解出；（3）根據(jù)滑面土條件和滑動瞬間的含水情況，參照類似土質(zhì)情況的有關(guān)資料定出其中的一個指標(biāo)，反算另一個指標(biāo)值等。其計算公式為：

式中：Wi、Wj——分別表示抗滑、下滑段滑體重；

αi、αj——分別表示抗滑、下滑段滑面傾角；

Li、Lj——分別表示抗滑、下滑段面的長度；

c——折線滑面上綜合單位黏聚力；

φ——折線滑面上綜合內(nèi)摩擦角；

m，n——滑體下滑段和抗滑段的分塊數(shù)。

用反算法只能求出一組c、值，它只能代表整個滑面上的平均指標(biāo)。對大多數(shù)滑坡來說，由于滑面各段的性質(zhì)有差別，從上到下使用同一級c、值將帶來一定誤差。為了消除這種影響，反算式可先用試驗方法或經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定上下段的指標(biāo)，只反算埋深較大的主滑段指標(biāo)。

3 用經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定滑帶土的抗剪強度指標(biāo)

根據(jù)過去的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，滑坡的出現(xiàn)具有一定規(guī)律，例如構(gòu)成滑帶的土往往是某些性質(zhì)特別軟弱土層，如風(fēng)化的泥質(zhì)巖層及含有蒙脫石等礦物的黏性土，滑動時滑帶土的含水量也在一定范圍內(nèi)，或滑動面被水潤濕。因此可以從過去治理滑坡所積累的資料里，根據(jù)滑帶土的組成、含水情況等和現(xiàn)今滑坡進(jìn)行對比，參考選用指標(biāo)。對每一個滑坡的滑帶土抗剪強度指標(biāo)，為了確保其可靠性，通常都同時從上述三個方面來獲得數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過分析整理定出使用值。

4 算例

首先用兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪強度指標(biāo)，考慮到滑坡已有數(shù)次蠕滑，但還沒有加速滑動狀態(tài)，取K=0.97。滑坡中未出現(xiàn)抗滑段，故。選擇該滑坡兩個相鄰滑動斷面1-1、2-2，其斷面圖如圖1、圖2 所示。

圖1 1-1 斷面圖

圖2 2-2 斷面圖

所需各項數(shù)據(jù)見表1，表2。

表1 1-1 斷面滑坡數(shù)據(jù)表

表2 2-2 斷面滑坡數(shù)據(jù)表

計算斷面1-1 得到：

將以上數(shù)據(jù)代入式（3）中并整理得到：

計算斷面2-2 得到：

將以上數(shù)據(jù)代入式（3）中并整理得到：

聯(lián)立式（4）、式（5）得到：

tanφ=0.226；φ=12.73°；c=10.1kPa

即由兼有c、值反算法求解某滑坡抗剪強度指標(biāo)φ=12.73°；c=10.1kPa

再由經(jīng)驗數(shù)據(jù)判斷該滑坡地質(zhì)巖層為灰色炭質(zhì)頁巖風(fēng)化之砂粘土，其抗剪強度指標(biāo)經(jīng)驗值取得φ=12.42°；c=9.8kPa。

經(jīng)實際工程證明，采用反算法得到的抗剪強度指標(biāo)與實際情況較為吻合。反算法是確定滑坡穩(wěn)定性分析中的抗剪強度指標(biāo)的一種有效方法。

5 結(jié)語

（1）剪切試驗因受各種條件限制，局限性很大，無法模擬實際滑面上不同部位各種因素變化的實況，其結(jié)果常難令人滿意。而經(jīng)驗數(shù)據(jù)過多的強調(diào)經(jīng)驗，實際上很難把握。（2）在反求主滑帶c、值時要充分考慮工程實際，按當(dāng)時坡體上出現(xiàn)的變形行跡，特別是坡體上出現(xiàn)裂縫的過程，經(jīng)過分析才能劃清滑坡的條塊，列出相應(yīng)的平衡方程，使得反算結(jié)果符合滑坡的實際情況。

［1］湯羅圣.三峽庫區(qū)堆積層滑坡穩(wěn)定性與預(yù)測預(yù)報研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2013.

［2］燕建龍.鳳凰山滑坡穩(wěn)定性分析及治理監(jiān)測研究[D].中南大學(xué)，2005.

［3］湯羅圣，殷坤龍，周麗，繆海波.基于數(shù)值模擬與位移監(jiān)測的滑坡抗剪強度參數(shù)反演分析研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，04：32-37.