晏鳳輝

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

河南某黃土高邊坡穩(wěn)定性分析

晏鳳輝

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

土坡的穩(wěn)定性是各類工程中常見的問題，對于有黃土組成的邊坡穩(wěn)定研究已有較多的方法及經(jīng)驗，現(xiàn)針對河南某一黃土高邊坡渠道，利用Geo－slope軟件分析黃土邊坡的穩(wěn)定性。利用Ordinary，Bishop，Janbu不同方法對比，得出黃土邊坡的穩(wěn)定情況，為生產(chǎn)和安全提供保障。

黃土；高邊坡渠道；穩(wěn)定系數(shù)

1 黃土概述

黃土是一種第四系松散堆積物，在世界上分布面積達1300萬km2，約占全球陸地面積的9．3%。在我國黃土發(fā)育較為廣泛，分布面積可達63．5萬km2，約占陸地面積的6．6%，一般厚度在100m以內，最大厚度可達400m（甘肅蘭州西津村，為世界最厚的黃土），主要分布于干旱、半干旱的大陸性氣候地區(qū)，即北緯33°～47°， 東經(jīng)75°～127°之間， 分布區(qū)年降水量在250～600mm之間，以風成為主，經(jīng)搬運堆積及侵蝕作用形成。我國西部地區(qū)黃土分布面積約27．5萬km2，占中國黃土總面積的43．7%，占西部地區(qū)國土面積的50%～60%以上。黃河中下游的陜西北部、甘肅中部和東部、寧夏南部和山西西部是我國黃土分布比較集中的地區(qū)。

大面積的分布形成黃土特有的地形地貌，黃土地貌可分為黃土溝谷地貌（包括紋溝、細溝、切溝及沖溝等）、黃土溝谷（間）地貌（包括黃土塬、黃土墚及黃土峁等）及黃土潛蝕地貌（包括黃土碟、陷穴、黃土橋及黃土柱等）。各種地貌中，天然邊坡及人工形成的邊坡隨處可見，各行業(yè)工程建設中也經(jīng)常會遇到黃土邊坡帶來的諸多工程地質問題。邊坡在與黃土有關工程建設中如此常見，所以它的穩(wěn)定性問題對于工程師和技術人員來說非常重要，對邊坡的穩(wěn)定性研究也是巖土工程界的一個熱點課題。常見的黃土邊坡工程地質問題有濕陷變形、滑坡、崩塌、泥流及坡面沖刷等。目前在黃土高邊坡工程設計中，很多設計參數(shù)是憑經(jīng)驗給出，導致30m以上的黃土高邊坡在變形破壞機理、穩(wěn)定性及可靠性分析評價中缺乏充足的理論指導。國內外眾多學者對土質邊坡進行了大量的研究工作，并取得了不少有意義的研究成果。這些研究成果中針對粉土、砂土等邊坡居多。

2 有關基本理論

黃土，因其顏色呈淺黃色、灰黃色或棕黃色而命名，土壤學上稱之為黃壤。黃土質地疏松，強度較弱，易被水流等介質侵蝕。外觀均一，無明顯層理，一般具有較強的濕陷性，孔隙率大，富含碳酸鹽及垂直節(jié)理發(fā)育形成黃土特有的工程性質。根據(jù)黃土的堆積層序，自上而下可分為全新世黃土（Q4eol），上更新世黃土（Q3eol），中更新世黃土（Q2eol）和下更新世黃土（Q1eol），按形成的地質年代分別為全新世、晚更新世、中更新世和早更新世。全新世黃土和晚更新世黃土巖土工程性質相似，且底層較新，故稱之為新黃土，中更新世黃土稱之為老黃土，早更新世黃土稱之為古黃土。古、老、新黃土由于其堆積環(huán)境與成壤程度的不同，其物質組成和結構特征等有很大差異，因而各層黃土的巖土工程性質也有明顯區(qū)別。新黃土，多為淺褐、深褐、黃或黃褐色，土質松散不均，或大孔隙發(fā)育，具垂直節(jié)理，多蟲孔和植物根孔，有粉末狀或條紋狀碳酸鹽結晶，含少量鈣質結核或小礫石，偶有人類活動遺物，底部多接有古土壤；鍬挖較容易或不困難，一般具有濕陷性。老黃土，深黃、棕黃或黃褐色，土質較密實，有少量大孔，鈣質含量增多，常成層分布鈣質結核；鍬、鎬挖掘困難，上部部分土層具有濕陷性。古黃土，淡紅或棕紅色，土質密實，無大孔，柱狀節(jié)理發(fā)育，鈣質結核含量較老黃土少；鍬、鎬挖掘很困難，不具有濕陷性。不過因為古黃土埋藏較深，經(jīng)過長時間沉積，很多已經(jīng)固結成巖了，由于深度原因，工程項目中一般不會涉及。

我國有關黃土論述已有2000多年的歷史，如2000年前的《禹貢》（2300年前）與《前漢書》（2012年前），及后來的《水經(jīng)注》（1400年前）與《夢溪筆談》（800年前）。前人這些著作對我國黃土的分布、成因、地質及地貌等僅限于做過或多或少的論述，卻未能形成較完備的理論。

自從Terzaghi在1942年創(chuàng)建土力學以來，人們對粘性土、砂土的研究已經(jīng)有了一定深度，但是對于黃土的理論研究起步較晚。目前黃土邊坡穩(wěn)定性分析與評價方法主要包括自然地質條件分析法、工程地質類比法及力學分析法3種。自然地質條件分析法、工程地質類比法為定性半定量的分析方法，相比之下，力學分析法以定量分析為基礎可直接為工程設計提供較為準確的數(shù)據(jù)。以力學分析為基礎逐漸形成的邊坡穩(wěn)定性分析極限平衡法如瑞典法、楊布（Janbu）法、畢肖普（Bishop）法、費倫紐斯（Fellenius）法成為后來黃土邊坡穩(wěn)定性分析的主要方法。近年來隨著計算機技術的發(fā)展，有限元數(shù)值分析法在邊坡穩(wěn)定分析中得到應用，彌補了土體力學分析中大體量計算準確性及靈活性的缺陷，是一種比較理想的黃土邊坡穩(wěn)定分析計算方法。

3 工程實例及穩(wěn)定分析

3．1 工程介紹

河南某一黃土邊坡渠道，坡高14．5m，底寬35m，該邊坡為二級邊坡，第一級坡高為6．5m，坡度為1∶1．5，均為老黃土；第二級坡高為8m，坡度為1∶2，上部6．3m為新黃土，下部1．7m為老黃土，渠內水深3m。該邊坡大部分為天然邊坡，修渠時對局部渠段渠道為新開挖渠道。考慮到渠道邊坡的穩(wěn)定對下游居民的生命及財產(chǎn)安全至關重要，管理方?jīng)Q定先委托相關單位先對此邊坡的穩(wěn)定性進行深入透徹的分析，根據(jù)分析結果提出有針對性的防治工程措施。

3．2 邊坡穩(wěn)定性分析

通過現(xiàn)場取樣進行室內試驗，室內剪切試驗采用飽和固結快剪，得到新黃土的物理及力學性質參數(shù)，土體天然密度為1．79g/cm3，摩擦角為22．1°，粘聚力為18kPa；老黃土的天然密度為1．93g/cm3，摩擦角為24°，粘聚力為20kPa。 利用軟件結合上述物理性質及力學參數(shù)得到此邊坡的實際情況如圖1所示，分析后的邊坡情況如圖2所示。

圖1 邊坡的實際情況

圖2 邊坡分析后的情況

由圖中危險滑弧圖可以發(fā)現(xiàn)，邊坡最危險的滑動面是上部新黃土層，而經(jīng)過Geo－slope分析，其得出結果：利用Ordinary分析得穩(wěn)定安全系數(shù)是2．071，利用Bishop分析得穩(wěn)定安全系數(shù)是2．229，利用Janbu分析得穩(wěn)定安全系數(shù)是1．995。 至此，可以看出3種計算方法得出的結果相差不大，3者相比較來看，Bishop得出的安全系數(shù)值略大，而Janbu得出的安全系數(shù)值相對偏小，也更加偏于安全。工程中要根據(jù)不同的工況，結合實踐經(jīng)驗取最適合的計算方法。通過上述分析可知，最危險的破壞面是安全的，因此該邊坡是穩(wěn)定的，不需要進行任何支護措施。通過長達半年的監(jiān)測，該邊坡在沒有采取任何支護的情況下運行良好，保證了安全，節(jié)省了投資。

滑坡、崩塌及泥流是我國最為常見的地質災害，因其分布廣泛、突發(fā)性強，嚴重威脅著人們的生命及財產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因滑坡、崩塌及泥流造成的經(jīng)濟損失達40～50億元之多。黃土地區(qū)是上述災害的多發(fā)地區(qū)，該渠道主管部門最初欲在不采取任何分析情況下對邊坡進行治理，也是情有可原，但至少反映出當前人們對類似邊坡穩(wěn)定缺乏足夠的認識。隨著我國西部大開發(fā)的廣泛深入，各種工程建設中遇到的黃土邊坡穩(wěn)定問題越來越多。與黃土邊坡有關的理論計算本來不多，加之邊界條件及地域性差別，因此，開展黃土邊坡的穩(wěn)定性研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

4 結語

本文旨在總結以往有關黃土邊坡穩(wěn)定性分析理論的基礎上，擺脫以往自然地質條件分析及工程地質類比等定性或半定量的分析方法，利用近年來發(fā)展研制出的Geo－slope軟件對河南某一黃土高邊坡給予穩(wěn)定計算分析。Geo－slope有多種分析方法，本文僅利用Ordinary，Bishop及Janbu進行分析，結果互相對照，最后對邊坡的穩(wěn)定性給予判定。建議今后對類似黃土高邊坡采用上述及其他多種方法進行比較，采用偏于安全的計算方法。

在各種工程建設中，遇到的黃土邊坡特別是高邊坡越來越多，若在設計和施工中沒有認真考慮其工程性質特征而不采取措施，會影響建筑物的正常使用及安全可靠性能；反之，采取的措施過于保守，則會增加投資，造成不必要的浪費。通過對河南某渠道邊坡的分析，突出強調了邊坡穩(wěn)定分析的重要性與必要性。同時，現(xiàn)實也迫切需要我們在繼承和修正前輩理論的基礎上，建立新的黃土邊坡穩(wěn)定性分析及評價方法。

［1］Terzaghi K．Theoretical Soil Mechanics［M］．1942．

［2］陜西省地質礦產(chǎn)局第二水文地質隊．黃河中游區(qū)域工程地質［M］．北京：地質出版社，1986．

［3］徐張建，林在貫．中國黃土與黃土滑坡［J］．巖石力學與工程學報，2007，26（7）：1297－1312．

［4］王永焱，等．黃土與第四紀地質［M］．西安：陜西人民出版社，1982．

［5］何紅前，陳志新，葉萬軍，等．黃土高邊坡變形破壞的基本形式及其機理分析［J］．西部探礦工程，2005（11）：109－111．

［6］李帆，楊建國．黃土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究［J］．鐵路工程學報，2008（12）：33－36．

Stability Analyzing of Loess Slope

YAN Feng－h(huán)ui
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin300250，China）

The stability of soil slope has been the hot point．The slope research which the loess composes to be really many， presently aims at a cerrtern loess high slope channel in Heman Province， using the Geo－slope software analysis the stability of loess slope．Obtains the stable situation of loess slope by using the way of Ordinary，Bishop and Janbu to ensure the produce and the safeguard．

loess；high slope channel；stability coefficient

P642

A

1672－9900（2012）01－0058－03

2011-11-28

晏鳳輝（1980—），男（漢族），河南沈丘人，工程師，主要從事水利水電勘察工作，（Tel）022-26154828。