基于可靠度理論和破壞概率的庫岸滑坡穩定性分析

孟 輝

(中鐵四院集團巖土工程有限責任公司，湖北 武漢 430063)

基于可靠度理論和破壞概率的庫岸滑坡穩定性分析

孟 輝

(中鐵四院集團巖土工程有限責任公司，湖北 武漢 430063)

基于可靠度理論與破壞概率，應用SEEP/W軟件對三峽庫區黃土坡滑坡進行了穩定性評價。對比分析了在庫水位升降過程中，應用平均穩定系數法和滑坡破壞概率法對穩定性評價的異同。結果表明：用破壞概率對滑坡進行穩定性評價時，由于考慮了變量的隨機性，評價結果相比于用單一固定參數計算的穩定性要合理；當庫水位初始位于175 m時刻黃土坡滑坡處于較穩定狀態，庫水位從175 m降到145 m時刻黃土坡滑坡有一定的破壞變形的可能。

可靠度，破壞概率，黃土坡滑坡，庫岸滑坡

0 引言

2008年9月三峽庫區蓄水以來，引起邊坡失穩或復活的現象時有發生[1，2]，極大的影響了庫區居民的生活和生產安全。當前常用極限平衡法、強度折減法、有限單元法等來計算穩定性系數。這類確定性方法的缺點是不能考慮滑坡各種因素的不確定性和隨機性的影響[3]。而可靠性分析方法能考慮以上不確定性影響，用失效概率或可靠度指標來評價滑坡的穩定性，因而能更加符合實際情況[4]。

可靠度理論近年來發展迅速，國內外眾多學者對此開展研究，取得了一系列成果[5-7]。本文選取黃土坡滑坡為研究對象，利用可靠度理論和破壞概率方法，分析了黃土坡滑坡在庫水位變動和降雨聯合作用下的穩定性，為今后的防治工作提供了依據。

1 可靠度理論

滑坡體的穩定性受到多種不確定因素的影響，在統計學上可以將這些不確定因素作為隨機變量看待，如滑坡體的物理力學參數c,φ和γ各自單獨作為一個隨機變量。這樣，滑坡體的穩定狀態就可以用這些隨機變量來表示，對于用隨機變量來表示滑坡體狀態的函數就是極限狀態函數：

Z=g(X)=g(x1,x2，…，xn)

(1)

其中，函數g(X)為滑坡穩定狀態；變量x為符合一定統計規律的隨機變量，是影響滑坡穩定性的參數。

本文滑坡可靠度分析是基于Monte-Carlo方法模擬的。首先通過設定隨機變量過程，反復生成時間序列，計算參數估計量和統計量，進而研究其分布特點。

2 黃土坡滑坡概況

黃土坡滑坡位于巴東扇形斜坡之上，是一個多期次、多個崩滑體組成的大型復合滑坡。滑坡面積為135×104m2，體積為6 934×104m3。由臨江1號崩滑堆積體、臨江2號崩滑堆積體、變電站滑坡、園藝場滑坡組成。黃土坡滑坡區出露的地層主要為三迭系中統巴東組(T2b)及第四系。

3 可靠度模型建立

3.1 隨機變量的選取

黃土坡滑坡規模較大，在沒有地震等外部荷載的情況下，其他的外力對它作用很小，因此不考慮外部荷載的作用。這樣，隨機變量就主要為崩滑堆積體的粘聚力c和內摩擦角φ。

3.2 參數的統計規律

經分析發現，黃土坡滑坡滑體土及滑帶土抗剪強度指標c,φ基本符合正態分布，而土體重度變異性較小，在分析中視為定值，抗剪強度指標統計規律見表1。

表1 黃土坡滑坡抗剪強度指標統計規律

3.3 可靠度分析的工況

黃土坡滑坡為涉水滑坡，主要受到三峽庫區庫水位波動和降雨的影響，因此設置如下工況，見表2。

表2 黃土坡滑坡可靠度分析工況一覽表

3.4 狀態識別

利用SEEP/W可靠度分析模塊可以得出滑坡的穩定系數概率分布情況，進而就可以進一步確定滑坡的破壞概率，然后在破壞概率的基礎上可以對滑坡穩定狀態進行劃分，表3為滑坡破壞概率劃分標準。

表3 滑坡破壞概率穩定性等級劃分表

4 結果分析

庫水位位于175 m時刻黃土坡滑坡的平均穩定系數為1.108，此時的破壞概率為27.11%，依據滑坡穩定性分級判斷時刻坡體基本穩定，比單一的穩定系數的判斷結果偏保守。但兩者都反映了黃土坡滑坡在此水位處于較穩定狀態。

庫水位從175 m降到145 m時刻黃土坡滑坡的穩定系數為1.069，較175 m穩定水位時的穩定系數有所下降，但是穩定系數仍然大于1.05，按照規范評定指標滑坡處于基本穩定狀態。而此時的滑坡破壞概率為34.83%，按照滑坡穩定劃分等級，此時滑坡處于欠穩定狀態，說明庫水從175 m降到145 m這個過程中，滑坡有一定的破壞變形的可能。

庫水位在145 m水位穩定30 d黃土坡滑坡的平均穩定系數為1.07，在穩定期間穩定性有所提高，相應的滑坡破壞概率為34.68%，也顯示了滑坡穩定性提高，但仍然處于欠穩定狀態。

5 結語

本文基于可靠度理論與破壞概率，分析了黃土坡滑坡的穩定性，得出以下結論：

1)當庫水位初始位于175 m時刻黃土坡滑坡處于較穩定狀態，此時的破壞概率為27.11%。2)庫水位從175 m降到145 m時刻黃土坡滑坡的穩定系數為1.069，較175 m穩定水位時的穩定系數有所下降，說明庫水位從175 m降到145 m這個過程中，滑坡有一定的破壞變形的可能。3)庫水位在145 m水位穩定30 d，黃土坡滑坡的平均穩定系數為1.07，滑坡破壞概率為34.68%，顯示了滑坡穩定性提高，但仍然處于欠穩定狀態。4)用破壞概率對滑坡進行穩定性評價時，由于考慮了變量的隨機性，評價結果相比于用單一固定參數計算的穩定性要合理。

[1] 王國旭.庫水位升降條件下滑坡非飽和滲流及穩定性分析[D].北京：中國地質大學,2013.

[2] 崔鵬偉.庫水位升降與降雨條件下黃土坡滑坡臨江1#崩滑體穩定性分析[D].北京：中國地質大學,2014.

[3] 徐 平.三峽庫區涉水滑坡體穩定性的可靠度研究[D].西安：長安大學,2011.

[4] 邵中勇.滑坡穩定性可靠度分析方法及應用[J].人民長江，2011(11):32-34.

[5] 劉 曉,唐輝明,熊承仁.邊坡動力可靠性分析方法的模式、問題與發展趨勢[J].巖土力學,2013(5):1217-1234.

[6] 唐小松,李典慶,周創兵,等.不完備概率信息條件下邊坡可靠度分析方法[J].巖土工程學報,2013(6):1027-1034.

[7] Zhang,J.,Tang,W.H.,Zhang,L.M.Efficient probabilistic back-analysis of slope stability model parameters[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,ASCE，2010,136(1):99-109.

Researchonstabilityevolutionlawofbanklandslidebasedonreliabilitytheoryanddamageprobability

MengHui

(ChinaRailwaySiyuanSurvey&DesignGroupCo.,Ltd，Wuhan430063，China)

Based on reliability theory and damage probability and using SEEP/W software, the stability evolution law of Huangtupo landslide was researched. The differences and similarities between average stability coefficient and landslide failure probability have been analyzed when they are used to evaluate the slope stability during the process of reservoir water level fluctuation. The research results show as follow: when using the damage probability to evaluate the stability evolution law of landslide, it can get more reasonable results than conventional methods. This is because parameters are random variables. The stability of the shallow and deep landslide is reduced to the minimum when the reservoir water level drops from 175 m to 145 m. The stability will be improved a little when the water level keep in 175 m.

reliability, damage probability, huangtupo landslide, bank slope

1009-6825(2017)23-0092-02

2017-06-03

孟 輝(1986- )，男，工程師

P642.22

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