考慮蠕變特性的滑坡穩定狀態分析研究

【摘要】滑坡是由巖土體建造而成，滑坡的穩定性受巖土體蠕變特性的影響至深。巖土體的穩定與否，決定著滑坡是否發生形變以及形變程度。對滑坡穩定性進行分析研究，和對其依照位移監測材料進行預測，都需要考慮滑坡的蠕變特性，也就是巖土體的蠕變特性。筆者將以三峽庫區馬家溝滑坡為研究對象，采用傳統的強度折減法進行分析，對比是否考慮蠕變特性的差異，分析蠕變特性對滑坡穩定性的影響，從而得出結論。

【關鍵詞】蠕變 強度折減法 滑坡穩定

1前言

隨著計算機技術的飛速發展， 采 用 數值模擬方法分析巖土體穩定性已 成為 常用 的 技術手段，其中 有 限元強度折減法因 其原理簡單、參數較少、結果準確而被廣泛應用于實際工程和研究中。 傳統的 強度折減法早在20世紀70年代就已 提出 ， 后 因 計算 機技術的發展得以 實現， 其基本原理是在土體理想彈塑 性本構模型下， 逐漸降低減小強 度 參數， 直到 土體發生 破壞，進而根據土體塑性區或位移得到實際滑動面及安全系數。

滑坡變形是一個累進、漸變的過程，巖土體的蠕變特性可以通過滑坡的變形程度來推測出來。滑坡的變形與時間相關，主要受蠕變影響。滑坡工程也是近幾十年來巖土工程中一直關注的問題。至今，研究者已對水利、建筑、橋梁及滑坡穩定性問題進行了大量研究，而應用計算方法的研究中大獲成功。研究表明，考慮運用強度折減法分析蠕變特性在滑坡穩定性狀態中影響是巨大的。

2現狀分析

蠕動滑坡是指為滑體持續、緩慢、長期變形的滑坡類型，此類滑坡不僅會對附近設施和建筑造成不同程度危害，而且對滑坡已有防治結構的支護效果同樣產生不利影響。 蠕動滑坡的變形演化和穩定性受到內外因素的共同作用，一方面滑坡物質特別是滑帶土的變形和力學特性具有時間效應； 另一方面降雨、 庫水升降和地面荷載等不斷改變坡體的滲流場和應力場。 前者是滑坡變形的物質基礎，后者則是滑坡滑動的誘發因素。因此，蠕動型滑坡的變形機制和穩定性分析應以滑坡物質的蠕變特性研究為基礎。目前，滑帶土蠕變特性研究通常采用室內試驗方法，但試樣主要為鉆孔取樣的小尺寸土樣，且試驗前剔除了試樣中粗顆粒成分。 然而針對含有大量碎石、礫石的非均質滑帶土。 若在制樣過程中人為剔除大粒徑物質， 勢必影響試驗結果的可靠性。由此可見，針對非均質滑帶土開展大尺寸蠕變試驗研究，對于掌握滑帶土蠕變性質十分必要。

3滑坡概況及演化特征

3.1馬家溝滑坡概況

馬家溝滑坡位于長江一級支流吒溪河左岸，滑坡兩側為自然沖溝，前緣呈舌狀伸入吒溪河中，后緣張拉后在地形上呈陡坡狀。滑坡全長為 538 m，寬為 180 m， 前、 后緣高程分別為135、280 m。 根據鉆探數據，滑帶最大埋深為32 m， 最小埋深處僅有 11 m， 總體積104 m3，屬于大型滑坡。滑體主滑方向為291° ， 基本與吒溪河正交。

3.2滑坡變形趨勢

在滑坡體上布置了一條沿著主滑剖面的監測線， 5 個監測點 J01、 J02、 J03、 J04、 J05 高程分別為 182、 203、 222、 240、 250 m， 采用 GPS 實現滑坡地表位移的監測。由于 2010 年后滑坡變形受到試驗抗滑樁干擾，為充分呈現滑坡無有效抗滑措施前的變形演化過程，本文采用滑坡 2007 年 2 月 —2009年 12 月的表面 GPS 監測位移數據開展分析。

滑坡變形整體表現為快速變形、變形衰減和慢速穩定變形3個階段。快速變形階段，由于每次水位變化后引起滑坡體的滲流場發生變化，同時改變滑坡體內的應力場分布，從而引起滑坡變形迅速發展；滑坡變形衰減階段，滲流場和應力場逐漸趨于穩定，滑坡變形的速率逐漸減小；慢速變形階段，滑坡滲流場和應力場基本穩定，滑坡變形平穩發展，滑坡處于緩慢、持續、漸進的變形過程，體現滑坡的蠕動特性。

4強度折減法分析

強度折減法的原理是通過對初始強度參數除以 一個折減系 數得到新的 參數， 進而使用 新的 參數計算 以實現土體穩定性 降低 乃 至 破壞， 該方法 最 早 由 Zienk和iewi 等提出 ， 并逐漸應用于邊坡穩定性分析。

傳統的強度折減法在對巖土體進行強度折減時，是將材料的強度參數除以相同的折減系數，降低巖土體的強度后再次進行試算，通過逐漸增加折減系數的方法來降低巖土體的強度，直到巖土體達到臨界破壞的狀態，此時對應的強度折減系數即為巖土體的穩性系數。但是傳統強度折減法在每次折減參數試算時均只改變了強度值， 而變形參數值卻保持不變， 這顯然與實際不符。 研究表明 ， 巖土體變形 參數與 強 度 參數具有 很大關聯性， 隨著抗剪強度參數的折減， 相應的彈性模量和泊 松比也會隨著 出 現相 應 的 調 整。

有限元強度折減法分析邊坡穩定性可以 考慮巖土體的非線性或彈塑性本構 關系 ， 能夠模擬邊坡的 漸進性破壞過程。因 此可 以 建立 強 度 參數與 彈性模量之間 的變化關系 等式， 實 現強 度 折減法中 的 強 度 參數折減時對彈性模量進行相應調整的目 的。

蠕變特性是巖土體力學性質中不可忽視的重要特性，采用合理的方法對巖土體的蠕變特性進行力學性質的研究，需要選取合適的蠕變構型以及準確確定巖土體模型的參數，進而才能充分反映巖土體蠕變特性對滑坡穩定性狀態的影響。

5結論

（ 1）馬家溝滑坡滑帶土為典型的穩定蠕變材料，在荷載變化時經歷了瞬時彈塑性變形、 衰減蠕變變形和穩定蠕變變形3個階段，其中后兩者為與時間相關的變形。滑帶土在三軸蠕變加載工況下的變形趨勢與滑坡宏觀變形演化階段基本相同。

（ 2）滑帶土絕對蠕變量和穩定蠕變階段的蠕變速率同時受圍壓和剪應力水平影響， 即絕對蠕變量和穩定蠕變速率與軸向應力值呈正相關； 而滑帶土衰減蠕變持續時長與圍壓數值并不相關，其值隨著偏應力值的增加呈線性增加。

（ 3）由于短時間內滑帶土的時間劣化效應較弱，加載初期土體的等時曲線基本呈線性，隨著加載時間的增長，土體劣化效應增強，不同時刻等時曲線的間距逐漸減小，曲線出現明顯的拐點。由等時曲線確定滑帶土長期強度值，其長期黏聚力值與長期內摩擦角分別為 22.8 kPa和16.1°，較常規值分別下降24.8%和22.4%。

（ 4） 滑帶土的變形演化階段與滑坡整體變形階段具有較好的一致性，但由于室內試驗條件與現場工況的區別，試驗結果的變形量級和各階段持續時長與現場有很大差異，后續研究將提煉滑帶蠕變模型，同時結合上部滑體土的性質， 反演滑坡整體變形過程，以探索蠕動型滑坡變形機并有效預測滑坡后期變形

結束語

隨著自然災害的頻繁發生和其不可控制性，我們對滑坡巖土體的研究顯得十分重要。只有了解滑坡的變形規律和影響其變形的因素，才能有效進行防范工作。其中，考慮蠕變特性的滑坡穩定性分析是關鍵的一點，根據這一因素得出的結論才是準確的。采用強度折減法也是對蠕變特性分析中關鍵的一點。研究結果表明， 馬家溝滑坡滑帶土具有典型的穩定蠕變材料特性， 蠕變階段可分為衰減蠕變和穩定蠕變 2 個變形過程， 其變形趨勢與滑坡宏觀變形演化具有較好的一致性； 滑帶土絕對蠕變量和穩定蠕變階段的變形速率均與軸向應力值呈正相關， 而衰減蠕變階段的續時長隨著剪應力水平增加基本呈線性增加。

考慮蠕變特性研究滑坡穩定性問題是巖土工程中一大重點更是一大亮點，分析利用強度折減法進行分析蠕變問題是比較恰當而有效的方法。總之，實現對這一問題的研究是研究者及探索者的一大成就。

參考文獻：

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