李晨東，張 揚(yáng)，陳邦華，葉興龍 四川省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610081

地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡災(zāi)害已經(jīng)成為了我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治的主要對(duì)象，其中穩(wěn)定性分析是滑坡研究的主要任務(wù)之一。此外，邊坡治理投資大小以及穩(wěn)定性的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)——安全系數(shù)，其取值是否合理，會(huì)對(duì)工程的整體經(jīng)濟(jì)效益和安全性產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)然安全系數(shù)的取值還是要根據(jù)具體的情況進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定。除此之外，安全系數(shù)還受到極限平衡法假設(shè)條件的影響，因此安全系數(shù)的取值相關(guān)性也應(yīng)該有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。本文便是針對(duì)三板溪水電站進(jìn)水口滑坡和水布埡水電站大巖淌滑坡，分別采用剛體極限平衡法、塊體單元法、有限單元法對(duì)穩(wěn)定安全系數(shù)和條間推力分布曲線進(jìn)行分析和比較，以便達(dá)到研究各種方法的差異和計(jì)算精度以及各種方法穩(wěn)定安全系數(shù)的取值標(biāo)準(zhǔn)的目的。

1 三板溪滑坡穩(wěn)定性分析

1.1 基本概況

三板溪滑坡體主要在電站進(jìn)水口上游右側(cè)的大支溝內(nèi)存在，其支溝下游邊坡為陡崖形式，上游則為順層坡面，滑坡體的高程在375.0～657.0 米之間，厚度為5.0～40.0 米，平均厚度為15.20 米，約44 萬(wàn)立方米。正常的水庫(kù)蓄水位約6 萬(wàn)立方米，正常的蓄水位以上部分約38萬(wàn)立方米。綜合來(lái)看，滑坡體構(gòu)造比較復(fù)雜，巨型塊石、碎石等主要在高程為592.0 米以下分布。高程592.0～613.0 米為碎石夾粘土，塊徑約為0.5～1.0 米，含量約為50%～60%。凝灰質(zhì)粉細(xì)砂巖是構(gòu)成基巖的主要成分，滑坡體與基巖之間的滑帶為灰黃色可塑至軟塑狀粘土，厚度約為0.5 米?？傮w來(lái)說(shuō)，三板溪滑坡體較為狹長(zhǎng)單薄，滑面結(jié)構(gòu)夠成復(fù)雜。在自然地狀態(tài)下，滑坡地下水位常處于滑動(dòng)面以下，可以不考慮地下水對(duì)其的作用。表1 為滑坡物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。

表1 三板溪滑坡巖土體力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

1.2 剛體的極限平衡法

通常情況下，主滑面滑坡體可具體分為二十個(gè)條塊(圖1 所示)。對(duì)滑坡體穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，一般應(yīng)用改進(jìn)剩余推力法、剩余推力法、以及Sarma 法等。運(yùn)用上述幾種計(jì)算方法，得出計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)剩余推力法得出的安全系數(shù)(1.10458)要小于Sarma 法得出的安全系數(shù)(1.10807)。所以在針對(duì)三板溪滑坡的安全系數(shù)應(yīng)用時(shí)應(yīng)對(duì)其坡度較陡問題進(jìn)行充分考慮，由于剩余推力法計(jì)算時(shí)會(huì)遇到剪切力大于極限抗剪強(qiáng)度的問題，因而會(huì)使得的計(jì)算結(jié)果偏小。再者，Sarma 法計(jì)算得出的安全系數(shù)與改進(jìn)剩推力法基本接近，略偏高，這也就說(shuō)明改進(jìn)剩余推力法較剩余推力法來(lái)說(shuō)以更為先進(jìn)，能夠?qū)O限抗剪強(qiáng)度問題充分考慮后在進(jìn)行計(jì)算，因而該種計(jì)算方式的結(jié)果更趨于合理化。

圖1 天然狀態(tài)下主滑面S0 斷面條分

1.3 塊體單元法

對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行塊體單元法分析時(shí)，通常采用的滑坡穩(wěn)定性判斷方法是“強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)法”。一是滑坡體比較穩(wěn)定時(shí)，其位移應(yīng)在允許值之內(nèi)，確保某處屈服區(qū)穩(wěn)定性，并且不會(huì)存在連續(xù)的屈服區(qū)。二是滑坡體不穩(wěn)定時(shí)，位移量過大或是未收斂，則屈服區(qū)呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)?？梢酝ㄟ^建立三板溪滑坡體穩(wěn)定分析塊體單元法計(jì)算模型進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)研究，模型中結(jié)點(diǎn)、離散平面、塊體的數(shù)量分別為305 個(gè)、94 個(gè)、20 個(gè)。通過相關(guān)計(jì)算(運(yùn)用塊體單元法)得出滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.10。

1.4 有限單元法

對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行有限單元法分析時(shí)，通常應(yīng)用的滑坡穩(wěn)定性判斷方法仍為“強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)法”，其主要的優(yōu)勢(shì)是可以減小有限元優(yōu)化網(wǎng)格模型中出現(xiàn)的誤差，并且可以利用非線性有限元迭代計(jì)算進(jìn)行折減后強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算。倘若滑坡屈服區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)并出現(xiàn)滑動(dòng)通道時(shí)，說(shuō)明滑坡此時(shí)已失去穩(wěn)定性，極易出現(xiàn)滑坡災(zāi)害;當(dāng)然，倘若滑坡屈服區(qū)域未出現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)通道，說(shuō)明滑坡仍比較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)滑坡災(zāi)害。同時(shí)，可以通過建立三板溪滑坡體穩(wěn)定分析塊體單元法計(jì)算模型進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)研究，以減小誤差。優(yōu)化的離散結(jié)點(diǎn)、四邊形單元數(shù)量分別為3243 個(gè)、3096 個(gè)。通過相關(guān)計(jì)算(運(yùn)用有限單元法)得出滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.03。

1.5 各種方法的比較

通過以上的計(jì)算方法可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算得出的安全系數(shù)最小的方法是有限單元法，而剛體極限平衡法與塊體單元法得出的安全系數(shù)基本相似。采用塊體單元法、剩余推力法以及Sarma 法得出的條間水平推力曲線(圖二所示)很相似，特別是條間水平推力最小的是有限單元法;條間水平推力曲線最為相近的是Sarma 法，造成該種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要是剛體極限平衡法與塊體單元法在理論基礎(chǔ)上具有相似性。有限單元法注重分析滑坡體彈性區(qū)以及屈服區(qū)，這就使得條分面上的屈服性和彈性不完全，也就意味著可以較為精準(zhǔn)的得到計(jì)算結(jié)果。綜上所述可得有限單元法得到的安全系數(shù)明顯低于剛體極限平衡法，而剛體極限平衡法與塊體單元法的允許安全系數(shù)則與取得的結(jié)果幾乎接近。

圖2 三板溪滑坡體條間水平推力分布曲線

2 大巖淌滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 基本概況

大巖淌滑坡上部距離壩軸線約800 多米，距離最大的挑距沖坑約60 米。該滑坡的滑坡原主要由兩部分組成，一是主滑體。二是東、西兩級(jí)的次滑體，滑坡的結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜。調(diào)查相關(guān)資料得知，此滑坡的總面積約為0.196 平方千米，厚度為25～40 米，總體積約為588 萬(wàn)立方米。該滑坡的主滑體呈狹長(zhǎng)帶狀在平面上分布，特點(diǎn)是厚度較大，較為平緩，滑坡體相對(duì)高差約為225 米，因此勢(shì)能較高。

2.2 剛體極限平衡法

將該滑坡的主滑面滑坡體具體分為二十個(gè)條塊(圖3 所示)。對(duì)滑坡體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，改進(jìn)剩余推力法計(jì)算得出的安全系數(shù)值為1.41692;剩余推力法計(jì)算得出的安全系數(shù)值為1.42953;Sarma 法計(jì)算得出的安全系數(shù)值為1.41872。

圖3 大巖淌滑坡B-B 剖面的條分情況

2.3 塊體單元法

可以通過建立大巖淌滑坡體穩(wěn)定分析塊體單元法計(jì)算模型進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)研究，其中結(jié)點(diǎn)、離散平面、塊體的數(shù)量分別為334 個(gè)、103 個(gè)、20 個(gè)。通過相關(guān)計(jì)算(運(yùn)用塊體單元法)得出滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.47。

2.4 有限單元法

計(jì)算網(wǎng)格最優(yōu)化后，離散結(jié)點(diǎn)、四邊形單元數(shù)量分別為3639 個(gè)、3483 個(gè)。通過相關(guān)計(jì)算(運(yùn)用有限單元法)得出滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.31。

2.5 各種方法的比較

較三板溪滑坡來(lái)說(shuō)，剛體極限平衡法與塊體單元法得出的安全系數(shù)基本相似，而計(jì)算得出的安全系數(shù)最小的方法是有限單元法。Sarma法、有限單元法、塊體單元法、剩余推力法計(jì)算的條塊水平推力大小的曲線分布也與三板溪工程的計(jì)算結(jié)果幾乎相同。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過對(duì)三板溪滑坡及大巖淌滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算，分別是利用剛體極限平衡法、塊體單元法、有限單元法等方法進(jìn)行計(jì)算，可以得到相應(yīng)的安全系數(shù)。計(jì)算得出的安全系數(shù)最小的方法是有限單元法，而剛體極限平衡法與塊體單元法得出的安全系數(shù)基本相似。并且相應(yīng)的力學(xué)模型、分析方法、以及參數(shù)選取應(yīng)與相關(guān)的安全系數(shù)值相統(tǒng)一。運(yùn)用安全系數(shù)對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而更好地采取積極措施降低滑坡對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)的破壞影響。

［1］徐青，陳士軍，陳勝宏.滑坡穩(wěn)定性分析與安全系數(shù)取值研究［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2010，03:58-62.

［2］.對(duì)《關(guān)于滑坡穩(wěn)定性在滑坡安全系數(shù)取值中的作用討論》—文討論［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2009，03:154.

［3］方玉樹.關(guān)于滑坡穩(wěn)定性在滑坡安全系數(shù)取值中的作用討論［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2008，03:149-153.