淺談滑坡穩定性分析方法

陳杰強

摘要：隨著各種工程建設，生態環境遭到不同程度破壞，滑坡地質災害發生的頻率越來越高，造成人員傷亡及經濟損失不容小覷。本文通過對滑坡地質災害的致災因素進行了分析，闡述了各種滑坡誘發因素對滑坡體穩定性的影響，概括了常用的幾種滑坡體穩定性分析方法，為滑坡治理提供了理論依據。

關鍵詞：滑坡；滑坡體；穩定性分析

隨著社會經濟的發展，各種大型工程的施工以及農村大量削坡建房等，各地滑坡地質災害發生的頻率越來越高，造成了大量的人員傷亡和經濟損失，例如“12.20”深圳市光明新區紅坳渣土受納場重大滑坡事故，導致30多棟建筑物被掩埋，造成73人死亡，直接經濟損失達8.81億[1]。滑坡地質災害的影響因素復雜，主要包括地質環境條件、巖土工程特性、地形地貌特征、人類活動以及天氣氣象等。

1.滑坡地質災害成因分析

滑坡地質災害是指受地質環境、自然外力、人類活動等因素影響，斜（邊）坡上的巖土體沿著一定的軟弱面（帶）在重力作用下，整體或部分順坡向下滑（移）動的坡面變形破壞現象或過程。通常情況下，滑坡地質災害發生的原因復雜，導致其發生的主要幾個因素如下：

1.1地質環境條件

地質環境條件主要包括地質構造、巖土特性、地形地貌等因素。（1）地質構造：滑坡體內部發育的各種層面、節理、裂隙等，尤其是傾角較陡的平行或垂直邊坡的構造面、傾角較緩順坡傾斜的構造面較為發育時，構成了坡體向下滑動的條件，地表水（如降雨）等滲入構造面及裂隙通道，容易引發滑坡地質災害；（2）巖土特性：巖土體是構成滑坡的物質基礎，對于結構松散、抗剪強度低、水理性能差、抗風化能力弱的巖土體易形成滑坡體，如松散覆蓋層、粘土、泥巖、片巖、千枚巖等軟硬強度相間的斜坡容易形成滑坡地質災害；（3）地形地貌：一般來說高度大于3m、坡度大于45°的斜坡容易引發滑坡地質災害，江、河、湖、海、溝的斜坡，前緣開闊的山坡以及工程建設開挖形成的人工邊坡是容易引發滑坡的地貌。

1.2自然外力因素

自然外力會對滑坡體穩定性的影響主要表現為地震、氣象水文、地表水力活動等方面。（1）地震活動：在地質條件不穩定的地區，受地殼活動、地層結構差異的影響，地震容易使斜坡上的巖土體突破受力極限產生松動，其內部穩定結構遭到破壞而打破平衡狀態時，可能會形成滑坡地質災害，比如一些地殼活動比較頻繁或者巖溶發育的地區，當地殼運動引起地震或者溶洞塌陷產生劇烈震動時，可能會引發滑坡地質災害，地震強度越大，發生滑坡的概率越高；（2）氣象水文：一些降雨量較大或者融雪現象明顯的地區，大量的地表水通過松散土層孔隙或巖石裂隙滲入巖體內部，將增加氣容重，使表面覆蓋土層重量增加，長期的雨水浸泡容易導致巖土體軟化崩解，粘聚力降低，抗剪強度變弱，同時地表水的補給會使地下水水位不斷抬升，地下水的上浮力亦隨之增加，極大地影響了滑坡體的穩定性，從而引發山體滑坡；（3）地表水力活動：河流、湖泊、水庫等地表水體長期對堤岸邊坡進行沖刷，不斷地改變邊坡的原有形態結構，當邊坡底部原有穩定結構打破受力平衡時，在重力作用下上部坡體會沿邊坡軟弱面或破裂面滑動并引發滑坡地質災害。

1.3人類活動因素

人類活動特別是因工程建設而形成的人工邊坡是滑坡地質災害的重要誘發因素。近年來，隨著國家經濟建設的發展，各種基礎設施建設工程對邊坡的穩定性造成了重大影響，例如公路鐵路修建、礦山露天開采過程中對山坡坡面的開挖、坡體上部的堆載與巖體爆破形成的震動等都會嚴重破壞邊坡穩定性；水庫蓄水、泄洪也會改變河道兩側邊坡的受力結構，破壞邊坡穩定性，誘發滑坡地質災害。同時，人類活動對生態環境的破壞，比如大量砍伐樹木、嚴重抽取地下水等會不同程度地引發水土流失，破壞地表巖土體原有的平衡狀態，尤其是雨季較多的山區，特別容易誘發和加劇滑坡地質災害。

2.滑坡體穩定性分析方法

對于滑坡體穩定性的分析方法主要有物理模型模擬分析、數值模擬分析、極限平衡法、概率分析法等，其中剛體極限平衡法是目前滑坡體穩定性分析中最常用的方法。滑坡體穩定性分析的主要方法描述如下表：

2.1物理模型試驗

物理模型試驗是探究滑坡地質災害形成機理的重要手段之一，模擬滑坡體變形過程，通過模擬地質條件、地表水、地震等，對滑坡體的受力特征進行定性或定量分析，分析各種誘發因素對滑坡形成的力學機制，達到滑坡體變形并引發滑坡地質災害的模擬演化。

國內外對滑坡物理模型試驗的研究很多，遵從的一般是相似理論[2]。在相似理論模型下，模擬各種內外因素對滑坡體的影響，反映滑坡體內部結構、構造的空間關系，整體分析巖土體工程力學特征以及滑坡變形演化過程。截至目前，滑坡物理模型試驗類型主要包括：滲水力模型、底面摩擦模驗、框架式模型和土工離心模型等[3]。

2.2數值模擬分析

數值模擬分析是滑坡穩定性分析的重要手段之一，其主要的分析方法是離散元及有限元數值分析法，通過建立滑坡體二維、三維數值計算模型，計算滑坡體的穩定系數變化過程，并從應力、應變、位移等多方面分析滑坡體的形成機制[4]。例如，在滑坡體穩定性分析過程中，利用有限單元法可以將滑坡體分割成若干個有限單元的土柱進行分析，亦可以將滑坡體變形過程中的滲流效應以及滑動面上隨時間變化的壓力、剪應力塑性屈服演變統一納入分析模型中。

當數值模擬分析模型建立后，可以通過簡易的物理試驗模型對數值模擬分析結果進行檢驗和校正，若模擬模型和試驗模型取得比較一致的結果時，即可大致確定數值模擬分析的合理性。

2.3極限平衡法

極限平衡法是根據靜力平衡原理分析邊坡各種破壞模式下的受力狀態，以邊坡滑體的抗滑力和下滑力之間的關系來評價邊坡的穩定性。極限平衡法是比較傳統的滑坡體穩定性分析方法，經過不斷的發展完善，已逐漸成為工程實踐中比較常見有效的方法之一[5-6]。利用極限平衡法計算滑坡體的穩定系數，主要是根據工程地質勘查成果，初步判斷潛在滑動面的空間位置和可能滑動的形態，通過對安全系數與最小穩定系數進行對比，從而判斷滑坡體的穩定性。實際分析過程中，由于該方法是根據靜力平衡原理把坡體視為剛體，隨著地形和滑動面形態的復雜變化，實際分析過程中局限程度較大。此外，極限平衡法存在帶有一定假設性、不能正確反映巖土體內部結構關系、難以分析巖土體由變形至破壞的整個過程等缺點。

2.4概率分析法

由于現有的物理模型不能真實的考慮巖土體空間力學參數變化特征，且不能體現坡度對滑坡體穩定性計算結果的影響。因此近年來興起了一種全新的滑坡體穩定性計算模型-概率分析法，其核心思想是將滑坡體穩定性變化因素定為隨機變量，通過利用地形坡度分布特征修正滑坡體的抗剪參數，利用基于蒙特卡洛法的概率統計模型對滑坡體穩定性進行分析評價[5，7-8]。

3.結論與展望

本文闡述了地質環境條件、自然外力因素、人類活動對滑坡穩定性的影響，分析了當前常用的物理模型試驗、數值模擬分析、極限平衡法、概率分析法等幾種滑坡體穩定性分析方法，為滑體治理提供了理論依據。滑坡治理是一個系統性工程，滑坡體的穩定性分析關系到滑坡治理方案的合理性，需要結合先進的治理技術，運用合理的治理方式，保證滑坡治理的有效性。

參考文獻：

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