強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析
——以尾礦庫(kù)右岸壩肩邊坡為例

韓 露，苗力川

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201）

邊坡穩(wěn)定性分析是一直以來(lái)都是巖土工程領(lǐng)域研究的重要問題，邊坡穩(wěn)定分析也是邊坡設(shè)計(jì)的前提條件。目前，在工程運(yùn)用中，強(qiáng)度折減法已成為已經(jīng)成為了比較成熟的數(shù)值方法之一。

1 強(qiáng)度折減法的原理

早在1975年，Zienkiewicz等人就提出抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)的概念，與后來(lái)Bishop提出的穩(wěn)定安全系數(shù)含義一樣，安全系數(shù)定義為邊坡整個(gè)滑移面的抗剪強(qiáng)度與實(shí)際抗剪強(qiáng)的比值[1,2]，利用強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)，通常是采用強(qiáng)度折減法來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先選取初始折減系數(shù)Fs，然后對(duì)邊坡土體材料強(qiáng)度系數(shù)進(jìn)行折減，折減后黏聚力以及內(nèi)摩擦角分別為式①和式②。

c和φ為邊坡土體的初始黏聚力和內(nèi)摩擦角。

2 判斷邊坡失穩(wěn)的依據(jù)

目前，判斷土坡達(dá)到臨界破壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：①以數(shù)值計(jì)算是否收斂作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。②以選取特征點(diǎn)的位移是否發(fā)生突變作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。③以是否形成連續(xù)的塑性貫通區(qū)域最為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3，4]。

3 邊坡形成原因及穩(wěn)定性分析

（1）形成原因。該庫(kù)右岸壩肩山體由于周邊農(nóng)民私挖濫采形成深坑，后又作為采礦棄渣場(chǎng)地，隨意堆填，大多數(shù)沒有進(jìn)行過處理。棄渣的無(wú)序堆填，形成了高度不一的廢石土邊坡。邊坡從幾米到幾十米不等，局部地段高達(dá)幾十米。回填廢石土局部地段處于堆積子壩右壩肩部位，對(duì)右壩肩邊坡和堆積壩壩體的穩(wěn)定性影響較大。

（2）邊坡穩(wěn)定性分析。工程邊坡的穩(wěn)定對(duì)工程的建設(shè)與運(yùn)行有著極其重要的影響，在對(duì)問題邊坡進(jìn)行治理前，邊坡的穩(wěn)定性分析是必不可少的一項(xiàng)工作。本次分析依據(jù)現(xiàn)狀地形圖選取了一個(gè)典型剖面1-1進(jìn)行廢石土邊坡的穩(wěn)定性分析。由于此處廢石土堆積體的滑坡會(huì)沖擊壩體，形成連鎖反應(yīng)，因此該處廢石土堆積體的穩(wěn)定性與壩體同等重要。

該廢石土邊坡上部為棄渣填土，下部為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，邊坡模型材料參數(shù)見表1。

表1 模型材料參數(shù)表

計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分見圖1、圖2，模型共劃分為2709個(gè)節(jié)點(diǎn)，1298個(gè)單元。在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，折減系數(shù)Fs由1.0逐漸增大到1.33時(shí)計(jì)算結(jié)果開始出現(xiàn)不收斂，若此時(shí)以數(shù)值計(jì)算是否收斂作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，折減系數(shù)1.33即為該邊坡的安全系數(shù)。

圖1 計(jì)算模型

圖2 網(wǎng)格劃分圖

圖3 網(wǎng)格變形圖

圖4 Fs=1.33時(shí)整體方向位移云圖

圖5 Fs=1.33時(shí)塑性應(yīng)變?cè)茍D

從圖4整體方向的位移云圖可以看出，最大位移為1.72487，頂部位移最為明顯。此時(shí)，由圖5可以看出Fs=1.33時(shí)開始出現(xiàn)求解不收斂，塑性區(qū)貫通至坡頂，此時(shí)可以判定邊坡已破壞。值得一提的是在此邊坡中，若以是否形成塑性貫通區(qū)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則通過計(jì)算，在Fs=1.2～1.33時(shí)，塑性區(qū)已基本從坡腳位置貫通道坡頂?shù)藭r(shí)計(jì)算正常進(jìn)行，不能作為評(píng)價(jià)的唯一指標(biāo)。所以綜上分析該邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)在1.2～1.34之間。通過查閱《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）,可知該廢石土邊坡的安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。由此可確定該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要對(duì)該邊坡進(jìn)行相應(yīng)處理措施，使其達(dá)到安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

采用強(qiáng)度折減法，利用ansys計(jì)算分析得到該邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，結(jié)果表明：

（1）通過強(qiáng)度折減法來(lái)驗(yàn)證邊坡穩(wěn)定性是可行的，可信的。該邊坡通過調(diào)整折減系數(shù)到Fs=1.34時(shí)計(jì)算不收斂，塑性區(qū)也從坡腳位置貫通至坡頂，可判定為發(fā)生。

（2）針對(duì)該邊坡建議治理方案為削坡，放緩邊坡角，并對(duì)右壩肩采空區(qū)進(jìn)行回填。