屈曉明，陳 龍

(湖北煤炭地質一二五隊，湖北 宜昌 443000)

0 引 言

我國土木工程建設施工過程中，受到地勢結構分布的多樣性因素的影響[1]，滑坡事故經常發生，巖質邊坡降雨入滲過程的穩定性分析難度極大，帶來嚴重的經濟財產損失和人員傷亡。邊坡穩定分析是經典土力學領域最早研究的問題，眾多學者對此進行了研究。林國財等[2]設計了邊坡內部水分擴散過程以及暫態飽和區擴展過程試驗，通過室內人工降雨物理模型，分析砂土質邊坡降雨入滲情況下的試驗結果，但其缺少試驗約束條件，定性效果較差；馮忠居等[3]分析了溝谷地形對高填方蓋板涵受力及填土沉降特性的影響，但其量化分析能力不足，無法合理解釋及預測邊坡的滑移趨勢。為此，本文提出基于邊坡滑移后塊體趨勢分析的降雨入滲過程中巖質邊坡穩定性分析模型，其創新之處在于引入SURPAC三維模型，模擬斷續節理變形及破壞過程，實現了對降雨入滲過程中的巖質邊坡穩定性的定向和定量分析，提高了降雨入滲過程中的巖質邊坡安全穩定量化分析能力。

1 降雨入滲過程中巖質邊坡穩態力學分析

采用立體邊坡自動監測方法，實現對降雨入滲過程中的巖質邊坡力學參數分析。對任意塊體的彈性勢能應變參數，假定巖質邊坡2個塊體進行模擬分析，采用最大基元破壞參數分析方法，構建已知塊體的邊界及位移關系，結果見圖1。

圖1 已知塊體的邊界及位移關系

F=l(gi+1)3+…+l(gi)2-ρhln(E0-pbgi)

(1)

式中，F為最大拉應變力；E0為點荷載力。

引入數學領域的韋伯分布，分析極限時彈性拉伸應變[8-9]，得到降雨入滲巖質邊坡的潛在邊界條件，即

(2)

式中，C為潛在邊界限制性系數；Dj為時滯項；Nj為線彈性斷裂力參數。

根據上述分析，求得位移及塊體的邊界，由此建立降雨入滲巖質邊坡穩定性力學分析模型，進而完成降雨入滲巖質邊坡失穩的動態分析。

2 試驗測試與驗證

試驗測試用邊坡為某省采礦施工區高速公路邊坡，位于中緯度季風環流區中部，屬于高度降雨入滲巖質區域，6月～7月為雨季，且空間分布極不均勻，多為連續降水，年均氣溫為15.5 ℃，無霜期220～240 d。在該自然條件下，該邊坡區域的年降雨量為539.5 mm。巖質區域地面高程為880～1 200 m，地表切割深度約320 m，邊坡長度約340 m，邊坡高度約146 m，自然坡度上緩下陡，滑坡體周圍自然坡角為30°～70°，地表植被稀疏，南岸底部樹木繁茂，上部大部分為種植地。周圍大量土方開挖改變并堵塞雨水排水通道，使降水在邊坡上長期沉積，逐漸垂直滲透。

測試過程如下：①將雨量儀設置在采礦施工區附近，保證雨量儀視野開闊，無樹木、房屋等障礙，保證雨季過程記錄準確。②將6個連續拱形邊坡作為研究對象，其中包含采空區。為保證任意塊體都可以完成測試過程，每個塊體劃分為100個分布域。在邊坡底部建造1個沉淀池，統一設置植物保護措施，拱形邊坡坡度為100°，由1個矩形和2個半跑道拱組成，沉淀池的規格為2 m×5 m，拱半徑為1 m，剩余的完整方形部分規格為2 m×2 m。共建有沉淀池6座，坡度為1∶1.5。巖質邊坡匯總見表1。

表1 巖質邊坡匯總

采用模型增量位移截面圖分析的方法，模擬上述6個連續拱形邊坡的節理變形及破壞過程，結果見圖2。圖2中，1～16為不同位置的邊坡入滲參考點。根據圖2的模型增量位移云圖分析結果，以邊坡坡頂、坡角及采空區部位的應力等為約束介質參量，結合邊坡滑移后塊體趨勢特征分析，模擬斷續節理變形及破壞過程，得到參考點應力參數解析結果，見表2。

依據表2的參數解析結果，根據法向、切向應力與自重應力分布，取高度為20 m，分析不同塊體滑移時間步數下豎向滑移距離，結果見圖3。從圖3可知，隨著滑移時間步數的增大，加載步數的增加，巖質邊坡降雨入滲過程坡體達到穩定滑移狀態。

圖2 模型增量位移截面

表2 邊坡入滲巖質參考點應力參數解析結果 MPa

邊坡法向應力與切向應力分布的測試結果見圖4。從圖4可知，隨著滑動面上點距坡腳水平距離的增加，法向應力與切向應力呈現出先上升后下降的趨勢，應力跡線都沒有發生明顯的偏轉，表明本文方法可以有效分析自重應力引起的有關的變形破壞過程。

圖3 不同塊體滑移時間步數下豎向滑移距離

圖4 邊坡法向應力與切向應力分布

用強度折減法和極限平衡法2種方法，對邊坡安全系數與坡度、坡高關系進行分析，結果見圖5。從圖5可知，2種方法的曲線波動態勢較為擬合，說明本文方法能夠準確模擬穩定性安全狀態下邊坡的應力分布。

圖5 邊坡安全系數

在此基礎上，測試穩定狀態下的邊坡力學參數，結果見表3。從表3可知，在滑入點距坡頂邊緣距離不斷增加的情況下，安全系數較為穩定，穩定性系數、破裂程度的數值波動較小，表明本文方法能準確模擬和量化分析邊坡的安全系數、應力-應變場的變化情況，提高了降雨入滲過程中的巖質邊坡安全穩定量化分析能力。

表3 邊坡安全系數和穩定性參數量化解析結果

3 結 語

本文提出基于邊坡滑移后塊體趨勢分析的降雨入滲過程中巖質邊坡穩定性分析模型，根據水平向應力與結果分布值，結合裂紋萌生、發展、貫通的力學分布，采用彈性勢能加載的方法，得到降雨入滲過程中巖質邊坡的斷層分布，采用最大基元破壞參數分析方法，建立降雨入滲巖質邊坡穩定性力學分析模型，進行降雨入滲巖質的邊坡失穩動態分析。研究得知，本文方法能準確量化分析降雨入滲巖質的邊坡穩定性，模擬和量化分析邊坡的安全系數、應力-應變場的變化情況。