極限平衡法在花田鋪滑坡穩定性分析中的應用

陸 璐

（1.合肥工業大學土木與水利工程學院 合肥 230009 2.安徽省淠史杭灌區管理總局設計院合肥 230088）

1 引言

滑坡是一種斜坡面上的巖土體受自重作用結合地質構造、強降雨、地震等多種原因從而產生局部軟弱面帶動大片區域的巖土體整體向下滑動的現象。目前，由不同理論研發出來關于滑坡穩定性分析的方法種類繁多，精準程度也各不相同。在工程實際中，建立在極限平衡理論上的極限平衡法雖然最為傳統，但也是最為廣泛使用的，其計算方便適用性廣等特點被大量應用于工程項目中。

本文以瓦東干渠河岔鋪分干渠花田鋪填方段滑坡治理工程為例，采用基于極限平衡理論的剩余下滑力計算法對該滑坡進行穩定性分析，為該項滑坡治理工程提供技術支撐，從而更好地運用到淠史杭灌區滑坡治理設計工作中。

2 工程概況

瓦東干渠位于全國特大型灌區之一的淠史杭灌區，所處地貌單元主要為江淮丘陵。由于地形落差稍大，其不良地質現象一般表現為沖溝、局部崩塌等。地貌上為壟崗——丘陵，為膨脹土分布區，土的膨脹潛勢一般為弱～中等。此類土層原始抗剪強度高，但在水的干濕交替環境作用下，土層抗剪強度會逐漸衰弱，在雨淋、水流、浪擊等共同作用下，渠道邊坡易發生崩塌、滑坡現象。

花田鋪滑坡位于瓦東干渠河岔鋪分干渠左岸填方段背水側，工程區樁號為4+770～4+915，滑坡總長度為145m。此滑坡所處填方段較高，最大高差約11.0m，堤腳為水塘。

在滑坡治理工程實施之前，根據勘測資料，該滑坡最北端上部可見圈椅狀滑坡壁，坡面平緩，其余位置路肩填土輕微下挫，滑坡處坡面長滿雜樹，無護砌，坡面滑動跡象明顯，有進一步滑動和擴大的趨勢。

3 計算方法

極限平衡法通常也可稱之為條分法，是建立在傳統的極限平衡理論知識后期發展而來，也是在滑坡穩定性研究中運用最早的方法之一。極限平衡法因為其計算模型簡單、計算過程相對簡便等優點，被大家認為是滑坡穩定性分析中實用性最強并且運用范圍最廣的方法。

極限平衡法的理論基礎是摩爾-庫倫（Mohr-Coulomb）抗剪強度理論，主要操作方法是沿滑坡主滑方向將滑帶以上的滑坡土體按照其起伏走向劃分為多個滑塊，且把這些滑塊看作不可變形的剛體，進而建立對應的力和力矩靜力平衡方程組，最后通過求解方程組得到滑坡的安全系數。

1955年畢肖普對滑坡的安全系數做了如下定義：

Fs=τf/τ

式中：τf—滑動面上土體的抗剪強度；

τ—滑坡土體實際所受的剪應力。

該公式的提出讓滑坡安全系數的計算更加簡化，同時也使得滑坡穩定性分析計算中采用非圓弧滑動面提供了理論基礎，極限平衡法的發展有了質的提升。

3.1 極限平衡法應用

本文通過對滑坡面的剩余下滑力進行計算從而對花田鋪滑坡的穩定性進行分析。根據滑坡面的起伏走向對滑坡體進行分塊，分塊數量的多少對最終計算結果的精確度有一定的影響。

先擬定滑坡面的安全系數，用勘測報告里經過土工實驗提供的C、數值除以初擬定安全系數，計算結果與極限平衡條件進行比較，判斷其是否滿足極限平衡的要求，如果滿足就說明擬定的安全系數是正確的，如果不滿足就重新擬定并重新計算。滑坡體中任意一塊滑塊的剩余下滑力公式如下：

日本的立法模式采用的是混淆可能性包含于商標近似的判定標準。這種模式的好處是考慮因素比較全面，而且對商標近似的判定將會更加準確，因為其依靠商標混淆可能性的判定因素來確定。日本商標法37條提煉了8個商標侵權的行為要件。因為日本的判定標準在前文中也進行分析了，主要采用“商標近似+商品類似”的方法，后來又凝練成三要素的判定方法，但是在司法實踐中日本也并非全是按照這種判定方法進行審理商標侵權案件的，在1959年以后，多冊進行修改，也出現很多典型的判例，最后在司法實踐和理論探討中形成了混淆可能性包含于商標近似的判定標準。

Ei=K（Wisinαi+Qicosαi）+ΨiEi-1-（Wisinαi-Qicosαi）tani-CiLi

式中：Ei—某一滑塊的剩余下滑力（kN/m）；

K—滑坡的安全系數；

Wi—某滑塊的自重（kN/m）；

Qi—坡面外力（kN）；

αi—某滑塊的傾角（°）；

Li—某滑塊的滑面長度（m）；

Ψi—兩相鄰滑塊間的傳遞系數。

計算時使得最后一塊滑塊的剩余下滑力等于0，進行反算得到滑坡的穩定系數。

3.2 計算剖面及分塊數量選取

根據工程的勘察報告，選取滑坡測量典型斷面作為計算斷面并進行分塊，考慮計算的精確度和計算效率，將計算斷面劃分為9 塊，見圖1。

圖1 計算斷面條分圖

3.3 計算工況及相關參數值

工程區處于場地基本地震動峰值加速度0.05g 和0.10g 的分區界線附近，根據就高原則，工程區場地在Ⅱ類場地條件下的基本地震動峰值加速度為0.1g，相應地震基本烈度為7 度。降雨是工程區內滑坡形成的主要誘發因素。大量降水進入土體，造成土體物理力學性質的變化，力學強度大大降低，同時因局部夾灰白色次生黏土遇水飽和后呈軟塑狀，構成軟弱易滑面；土體飽水，自重增加，下滑力增大；地下水位增高，對坡體產生滲透水壓力，使滑坡滑動性增強。

本次計算擬針對天然、降雨和地震三種工況進行計算分析：計算中滑體土的各個計算參數采用地質勘察報告中經過慢剪試驗得到的各項力學指標值，見表1。

表1 滑坡土體物理力學指標表

3.4 滑坡安全系數的確定

安全系數值通常被用來判斷滑坡是否處于平衡狀態的標準，常用的計算方法有降低下滑力、增大自重、增大下滑力等方法，本文采用降低下滑力儲備的方式計算安全系數，從而對滑坡的穩定性進行辨別。

根據工程的性質不同、滑坡規模的大小以及對滑坡可能產生影響的因素等方面考慮，安全系數的取值范圍可設定不同。一般規模較小或者活動周期長的深層次滑坡可取安全系數偏小，規模大、活動頻繁或局部復雜的滑坡可取值偏大。

經現場勘察，花田鋪滑坡為小型淺層滑坡。結合工程實際，在天然工況下，安全系數Ks取1.2，降雨工況下安全系數Ks取1.15，地震工況下安全系數Ks取1.05。具體評定標準:K ＜1.0 為不穩定，1.0＜K ＜1.05 為次穩定，1.05 ＜K ＜Ks為基本穩定，K ＞Ks為穩定。

3.5 計算結果及穩定性分析

由計算得知，在天然工況下K=1.325，大于安全系數Ks，可判定滑坡處于穩定狀態；在地震工況下K=1.041，略小于安全系數Ks，可判定滑坡處于基本穩定狀態，剩余下滑力值較小；在降雨工況下，K=1.089，小于安全系數Ks，可判定在降大雨情況下，滑坡可出現整體失穩狀態。計算結果見表2。

表2 滑坡穩定系數計算結果表

4 結語

本文根據瓦東干渠河岔鋪分干渠花田鋪滑坡的地質勘察報告，通過采用極限平衡法中的剩余下滑力法對該滑坡的典型斷面進行計算并對滑坡的穩定性進行了判斷，從計算結果得知，在天然工況下滑坡處于整體穩定的狀態；在地震工況下滑坡處于基本穩定的狀態，但剩余下滑力值較小；在降雨工況下，滑坡處于不穩定狀態且剩余下滑力較大，當出現大降雨量的情況下滑坡存在整體失穩的可能，與現場調查結果發現的規律基本一致。

極限平衡法在邊坡穩定性分析中享有很重要的地位，以簡單便捷等特點在工程界得以廣泛運用。通過該方法在灌區工程實例中的計算應用，可為淠史杭灌區滑坡治理工程的設計提供更有力的理論和技術支撐■