確定滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)的勘探樣本數(shù)目

姚勁松

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（武漢））

1 引言

滑坡是最為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，其防治初步設(shè)計(jì)報(bào)告中確定的巖土體物理力學(xué)參數(shù)往往是后期滑坡治理（穩(wěn)定性驗(yàn)算、支護(hù)選型等）工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。確定滑坡巖土體建議值的方法多采用現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)或者室內(nèi)試驗(yàn)。然而在巖土工程勘察過程中，由于巖土體物理力學(xué)參數(shù)時(shí)空分布的不確定性和離散性，往往需要對(duì)巖土體進(jìn)行多次測(cè)量求其統(tǒng)計(jì)特征量（如均值、方差），以獲取必要的信息才能用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐。勘探樣本數(shù)目的確定是一個(gè)顯著的“對(duì)立與統(tǒng)一”問題，當(dāng)勘探樣本數(shù)目太小，會(huì)由于認(rèn)識(shí)不足而造成統(tǒng)計(jì)偏差進(jìn)而引起設(shè)計(jì)方案安全儲(chǔ)備不足；而勘探樣本的數(shù)目太大則會(huì)顯著加大勘察成本。因此，勘探樣本數(shù)目顯著影響工程的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性，然而這方面的研究在工程實(shí)踐中還較為鮮見。

在《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）中，對(duì)于勘察工程的最小勘探量?jī)H作出了簡(jiǎn)單的規(guī)定：在邊坡工程中，土層的樣本數(shù)目≥6個(gè)，而巖層則≥9個(gè)。出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，如未作出特殊勘察規(guī)定，工程技術(shù)人員往往選擇勘探數(shù)目的下限（土層樣本6個(gè)、巖層樣本數(shù)目9個(gè)）作為實(shí)際勘探數(shù)，而不考慮樣本的其他特征（如變異性），這顯然不利于勘察工作布置的機(jī)動(dòng)性和靈活性。文章通過對(duì)實(shí)際工程中的物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以重慶市武隆縣烏江銀盤水電站新灘滑坡為工程背景，對(duì)滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)的勘探樣本數(shù)目展開簡(jiǎn)單的探討。

2 工程概況

圖1 新灘滑坡工程位置示意圖

烏江銀盤水電站壩址位于重慶市武隆縣江口鎮(zhèn)上游4 km處，距烏江河口約94 km，為烏江干流開發(fā)的第11 梯級(jí)（如圖1）。烏江銀盤水電站水庫正常蓄水位215 m，庫水回至彭水電站，庫長(zhǎng)約53 km，相應(yīng)總庫容3.20億m3，水庫建成后依據(jù)相應(yīng)二級(jí)公路50年一遇水位的淹沒標(biāo)準(zhǔn)，319國(guó)道在彭水縣境內(nèi)將有長(zhǎng)約150 m受新灘滑坡影響。

新灘滑坡位于彭水縣漢葭鎮(zhèn)文廟居委會(huì)一組，靠近烏江右岸河床，兩岸谷坡左陡右緩，呈不對(duì)稱“U”型。319國(guó)道在該段由西至東穿過，平面呈不規(guī)則敞口“C”型，路面高程約245 m。公路內(nèi)側(cè)山坡地形坡角25°，為耕地，植被較發(fā)育；外側(cè)為陡斜坡，地形坡角約30°。滑坡上無沖溝發(fā)育。

3 勘探巖土體的統(tǒng)計(jì)特征

3.1 土層統(tǒng)計(jì)特征

滑坡勘察主要的土層參數(shù)包括：物理性質(zhì)（天然含水率w、土粒比重ρd、液限WL、塑限WP、塑性指數(shù)IP、液性指數(shù)IL等）、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（天然粘聚力cs、內(nèi)摩擦角φs，飽和粘聚力csˊ、內(nèi)摩擦角φsˊ）。物理性質(zhì)試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)定試驗(yàn)在長(zhǎng)江科學(xué)院進(jìn)行。按照《規(guī)范》規(guī)定，在現(xiàn)場(chǎng)滑坡區(qū)不同位置選取6個(gè)土體樣本，分別命名為TK1、TK2、TK3、TK4、TK5、TK6，用于測(cè)定土體的物理力學(xué)參數(shù)。試驗(yàn)按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999要求嚴(yán)格進(jìn)行，以獲取可靠的相關(guān)參數(shù)。各土樣的物理性質(zhì)參數(shù)如圖2所示。

土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用100-400MPa 四級(jí)法向應(yīng)力測(cè)定其峰值抗剪強(qiáng)度，計(jì)算得到的剪切強(qiáng)度指標(biāo)如圖2（d）和圖2（e）所示。

圖2 土樣物理力學(xué)參數(shù)圖

3.2 巖層統(tǒng)計(jì)特征

主要的巖層參數(shù)包括：密度（ρrs）、含水率（w）、孔隙率（n）、單軸抗壓強(qiáng)度σc、單軸抗拉強(qiáng)度σt等。巖層統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)為9個(gè)，編號(hào)分別為ZK1～ZK9，各巖樣的物理性質(zhì)參數(shù)如圖3所示。

圖3 巖樣物理性質(zhì)參數(shù)圖

4 分析與討論

定義樣本的變異系數(shù)：

式中：σ為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差，μ為樣本均值。

計(jì)算得到土樣各物理力學(xué)參數(shù)變異系數(shù)如表1所示，巖樣各物理力學(xué)參變異性如表2所示。

表1 土層參數(shù)變異性表

表2 巖層參數(shù)變異性表

從表1中可以看出，滑體土的物理性質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)一般在0%～16.72%之間，變異性較小；液性指數(shù)變異系數(shù)199.11%，變異性很大；滑體土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)黏聚力變異系數(shù)在12.02%～32.65%之間，變異性由小變大，內(nèi)摩擦角變異系數(shù)小。除了液性指數(shù)外，當(dāng)勘察樣本數(shù)為6 時(shí)，基本能滿足實(shí)踐需要。表2 則表明，巖層的變異性相對(duì)較小，均在15.00%以內(nèi)，這表明巖層的物理力學(xué)參數(shù)（尤其是密度）較為穩(wěn)定，因此巖土工程勘察規(guī)范中定的最小勘察數(shù)量9顯得過大，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，減小一些物理量的測(cè)定量。

5 結(jié)語

巖土工程勘探樣本數(shù)目的確定很重要。文章初步發(fā)現(xiàn)，文中對(duì)于土層勘探樣本數(shù)取6是基本合適的，參數(shù)有較好的穩(wěn)定性；然而對(duì)于巖層，取樣樣本為9時(shí)對(duì)于一些物理力學(xué)參數(shù)（例如密度）是不必要的。規(guī)范中對(duì)于該類問題需要進(jìn)行更為詳細(xì)的規(guī)定。