孫家溝一級古滑坡滑帶土強度參數反演分析

鄭　偉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

孫家溝一級古滑坡滑帶土強度參數反演分析

鄭偉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

摘要通過對孫家溝一級古滑坡發展階段的判定，反演滑帶土抗剪強度參數，采用數值模擬分析古滑坡變形特征并加以驗證，最終得出滑帶土強度參數C=2 kPa，φ=12.75°，與現場勘察結果相吻合。

關鍵詞滑帶土；參數反演；數值模擬

滑坡穩定性評價與錨固結構設計均以巖土體強度參數為基礎，而滑帶土抗剪強度參數更是關鍵因素，直接影響滑坡剩余下滑推力計算[1]和錨固結構的選擇。由于滑帶土物質成分、結構的非均質性，加之滑坡體蠕變滑移和外界因素變化，使得室內試驗和原位測試難以準確模擬滑帶土的受力狀態，試驗數據較真實值有一定的偏差，需根據滑坡實際狀態和變形發展趨勢對滑帶土強度參數進行反演分析[2-3]。

孫家溝古滑坡位于山西省保德縣新畦村，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大。該古滑坡分為二級滑坡，以位于前緣的一級滑坡為研究對象。一級滑坡為牽引式順層滑坡，長約300 m，寬約900 m，滑體平均厚20 m，滑坡體組成物質主要為新黃土，粉質黏土和全、強風化砂巖夾泥巖，古滑帶位于全風化砂巖夾泥巖中。

根據古滑坡實際狀態，利用GEO-SLOPE軟件，采用極限平衡法反算滑帶土強度參數，并建立二維地質力學模型，模擬分析該強度參數下的滑坡體變形，驗證計算結果的可靠性。

1滑帶土強度參數反演

1.1　反演指標

為了反演強度參數能夠反映古滑坡體穩定性現狀，必須選擇合理的反演指標(即穩定系數Fs)，參照文獻[4]，滑坡發展階段與穩定系數對照關系如表1所示。根據現場調查，古滑坡處于蠕動階段，安全系數Fs=1.15。

1.2　參數反演

為了能夠同時獲得滑帶土的C值和φ值，選用滑坡軸部5號剖面和其相鄰南側的4號剖面，建立方程，聯立求解。根據滑坡剖面，在GEO-SLOPE中建立模型，如圖1、圖2所示，模型中巖土材料參數見表2。

5號、4號剖面在穩定系數Fs=1.15時，C-φ關系值如表3所示。

通過反算，5號剖面穩定系數Fs=1.15，C、φ值滿足

(1)

4號剖面穩定系數Fs=1.15，C、φ值滿足

(2)

將方程(1)、(2)聯立，得到滑帶參數C=347 kPa，φ=-39°，這顯然不合理。通過分析發現，雖然5號、4號剖面位置上緊鄰，且滑帶土的物質組成和含水狀態相類似，但5號剖面滑帶埋深較大，斜坡面較陡，坡體蠕變滑移速率較大，穩定性相對4號剖面較低，滑坡發育階段不同，因此不能聯立。

一般C值取決于滑帶土的物質組成和含水狀態，變化幅度較小，根據現場調查并結合工程經驗，確定滑帶土C=2 kPa，因此φ=12.75°。

2滑坡變形模擬

通過極限平衡法[5-6]反算得到的滑帶土強度參數，很大程度上取決于假設的反算指標即滑坡穩定系數Fs。依據現場調查，結合工程經驗假設的穩定系數Fs可能與真實值有較大偏差，通過FLAC3D有限差分數值軟件[7-8]，建立地質力學模型，以上述反算得到的強度參數C=2 kPa，φ=12.75°為滑帶土參數，模擬滑坡變形，驗證反算參數的準確性。

模型選用5號剖面，長495 m，力學邊界采用前后y方向約束，底面z方向約束，上表面無約束。考慮到滑坡區新構造活動不強烈，且地層主要為黃土和全強風化砂巖夾泥巖，此類巖體不足以存儲地應力，因此模型初始應力場只考慮重力場。模型中巖土體本構模型均采用摩爾-庫倫模型，具體模型如圖3所示，模型材料參數見表2。

圖4為位移分布。由圖4可見，滑坡前緣位移較大，向后緣位移變小。為能夠更好的分析滑坡形成過程中坡體位移變形，分別選取滑帶前緣、中部及后緣節點，觀察位移變化，見圖5。由位移變化曲線可知，滑帶前緣水平向位移遠大于豎直向位移，滑體向坡前水平滑移，并略微向上拱起，向后水平向位移迅速減少，滑體中部位移為沿古滑動面向下滑移，滑體后緣基本無位移。

滑體位移量為cm級，位移很小，說明滑坡體目前處于蠕變滑移階段，假設穩定系數Fs=1.15合理，反算得到的滑帶土強度參數C=2 kPa，φ=12.75°是準確可靠的。

根據滑體變形特征，滑體變形主要集中于前緣，前緣滑動后，變形向后緣延伸，呈現明顯的牽引式滑動。由于雨水沖刷、人工開挖等因素，坡體前緣現已形成一道高3～10 m不等，自然傾角70°～80°的陡坎，前緣陡坎較不穩定，若發生滑塌，會牽引后方坡體進一步滑動破壞，需采取必要的加固措施，提高滑坡穩定性。

3結論

采用極限平衡法，對孫家溝一級古滑坡滑帶土強度參數進行反演，模擬滑坡體變形特征，驗證反演結果的準確性，得出如下結論：

(1)根據現場調查，并結合工程經驗，古滑坡體目前處于蠕變滑移階段，穩定性系數Fs=1.15，據此反演得到滑帶土強度參數C=2 kPa，φ=12.75°。

(2)采用多剖面聯立方程求解C、φ值時，所選取的剖面不僅需要滑帶土的物質組成和含水狀態要相類似，而且還應具有相同的運動狀態，滑坡的發育階段也應相類似。

(3)通過數值模擬分析滑體變形特征，滑體前緣變形較大，向后緣變形迅速減小，滑體的位移量較小，為cm級，說明滑坡目前處于蠕變滑移階段，與現場勘查結果吻合，反算結果準確可靠。

參考文獻

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中圖分類號：P642.22

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0028-02

收稿日期：2015-06-12