孟 輝

(中鐵四院集團(tuán)巖土工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430063)

基于可靠度理論和破壞概率的庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性分析

孟 輝

(中鐵四院集團(tuán)巖土工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430063)

基于可靠度理論與破壞概率，應(yīng)用SEEP/W軟件對(duì)三峽庫(kù)區(qū)黃土坡滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。對(duì)比分析了在庫(kù)水位升降過(guò)程中，應(yīng)用平均穩(wěn)定系數(shù)法和滑坡破壞概率法對(duì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的異同。結(jié)果表明：用破壞概率對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，由于考慮了變量的隨機(jī)性，評(píng)價(jià)結(jié)果相比于用單一固定參數(shù)計(jì)算的穩(wěn)定性要合理；當(dāng)庫(kù)水位初始位于175 m時(shí)刻黃土坡滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，庫(kù)水位從175 m降到145 m時(shí)刻黃土坡滑坡有一定的破壞變形的可能。

可靠度，破壞概率，黃土坡滑坡，庫(kù)岸滑坡

0 引言

2008年9月三峽庫(kù)區(qū)蓄水以來(lái)，引起邊坡失穩(wěn)或復(fù)活的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[1，2]，極大的影響了庫(kù)區(qū)居民的生活和生產(chǎn)安全。當(dāng)前常用極限平衡法、強(qiáng)度折減法、有限單元法等來(lái)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)。這類確定性方法的缺點(diǎn)是不能考慮滑坡各種因素的不確定性和隨機(jī)性的影響[3]。而可靠性分析方法能考慮以上不確定性影響，用失效概率或可靠度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性，因而能更加符合實(shí)際情況[4]。

可靠度理論近年來(lái)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)此開(kāi)展研究，取得了一系列成果[5-7]。本文選取黃土坡滑坡為研究對(duì)象，利用可靠度理論和破壞概率方法，分析了黃土坡滑坡在庫(kù)水位變動(dòng)和降雨聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性，為今后的防治工作提供了依據(jù)。

1 可靠度理論

滑坡體的穩(wěn)定性受到多種不確定因素的影響，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可以將這些不確定因素作為隨機(jī)變量看待，如滑坡體的物理力學(xué)參數(shù)c,φ和γ各自單獨(dú)作為一個(gè)隨機(jī)變量。這樣，滑坡體的穩(wěn)定狀態(tài)就可以用這些隨機(jī)變量來(lái)表示，對(duì)于用隨機(jī)變量來(lái)表示滑坡體狀態(tài)的函數(shù)就是極限狀態(tài)函數(shù)：

Z=g(X)=g(x1,x2，…，xn)

(1)

其中，函數(shù)g(X)為滑坡穩(wěn)定狀態(tài)；變量x為符合一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)變量，是影響滑坡穩(wěn)定性的參數(shù)。

本文滑坡可靠度分析是基于Monte-Carlo方法模擬的。首先通過(guò)設(shè)定隨機(jī)變量過(guò)程，反復(fù)生成時(shí)間序列，計(jì)算參數(shù)估計(jì)量和統(tǒng)計(jì)量，進(jìn)而研究其分布特點(diǎn)。

2 黃土坡滑坡概況

黃土坡滑坡位于巴東扇形斜坡之上，是一個(gè)多期次、多個(gè)崩滑體組成的大型復(fù)合滑坡?；旅娣e為135×104m2，體積為6 934×104m3。由臨江1號(hào)崩滑堆積體、臨江2號(hào)崩滑堆積體、變電站滑坡、園藝場(chǎng)滑坡組成。黃土坡滑坡區(qū)出露的地層主要為三迭系中統(tǒng)巴東組(T2b)及第四系。

3 可靠度模型建立

3.1 隨機(jī)變量的選取

黃土坡滑坡規(guī)模較大，在沒(méi)有地震等外部荷載的情況下，其他的外力對(duì)它作用很小，因此不考慮外部荷載的作用。這樣，隨機(jī)變量就主要為崩滑堆積體的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ。

3.2 參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，黃土坡滑坡滑體土及滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c,φ基本符合正態(tài)分布，而土體重度變異性較小，在分析中視為定值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)規(guī)律見(jiàn)表1。

表1 黃土坡滑坡抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)規(guī)律

3.3 可靠度分析的工況

黃土坡滑坡為涉水滑坡，主要受到三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水位波動(dòng)和降雨的影響，因此設(shè)置如下工況，見(jiàn)表2。

表2 黃土坡滑坡可靠度分析工況一覽表

3.4 狀態(tài)識(shí)別

利用SEEP/W可靠度分析模塊可以得出滑坡的穩(wěn)定系數(shù)概率分布情況，進(jìn)而就可以進(jìn)一步確定滑坡的破壞概率，然后在破壞概率的基礎(chǔ)上可以對(duì)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行劃分，表3為滑坡破壞概率劃分標(biāo)準(zhǔn)。

表3 滑坡破壞概率穩(wěn)定性等級(jí)劃分表

4 結(jié)果分析

庫(kù)水位位于175 m時(shí)刻黃土坡滑坡的平均穩(wěn)定系數(shù)為1.108，此時(shí)的破壞概率為27.11%，依據(jù)滑坡穩(wěn)定性分級(jí)判斷時(shí)刻坡體基本穩(wěn)定，比單一的穩(wěn)定系數(shù)的判斷結(jié)果偏保守。但兩者都反映了黃土坡滑坡在此水位處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

庫(kù)水位從175 m降到145 m時(shí)刻黃土坡滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.069，較175 m穩(wěn)定水位時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)有所下降，但是穩(wěn)定系數(shù)仍然大于1.05，按照規(guī)范評(píng)定指標(biāo)滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。而此時(shí)的滑坡破壞概率為34.83%，按照滑坡穩(wěn)定劃分等級(jí)，此時(shí)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明庫(kù)水從175 m降到145 m這個(gè)過(guò)程中，滑坡有一定的破壞變形的可能。

庫(kù)水位在145 m水位穩(wěn)定30 d黃土坡滑坡的平均穩(wěn)定系數(shù)為1.07，在穩(wěn)定期間穩(wěn)定性有所提高，相應(yīng)的滑坡破壞概率為34.68%，也顯示了滑坡穩(wěn)定性提高，但仍然處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于可靠度理論與破壞概率，分析了黃土坡滑坡的穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論：

1)當(dāng)庫(kù)水位初始位于175 m時(shí)刻黃土坡滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)的破壞概率為27.11%。2)庫(kù)水位從175 m降到145 m時(shí)刻黃土坡滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.069，較175 m穩(wěn)定水位時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)有所下降，說(shuō)明庫(kù)水位從175 m降到145 m這個(gè)過(guò)程中，滑坡有一定的破壞變形的可能。3)庫(kù)水位在145 m水位穩(wěn)定30 d，黃土坡滑坡的平均穩(wěn)定系數(shù)為1.07，滑坡破壞概率為34.68%，顯示了滑坡穩(wěn)定性提高，但仍然處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。4)用破壞概率對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，由于考慮了變量的隨機(jī)性，評(píng)價(jià)結(jié)果相比于用單一固定參數(shù)計(jì)算的穩(wěn)定性要合理。

[1] 王國(guó)旭.庫(kù)水位升降條件下滑坡非飽和滲流及穩(wěn)定性分析[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2013.

[2] 崔鵬偉.庫(kù)水位升降與降雨條件下黃土坡滑坡臨江1#崩滑體穩(wěn)定性分析[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2014.

[3] 徐 平.三峽庫(kù)區(qū)涉水滑坡體穩(wěn)定性的可靠度研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2011.

[4] 邵中勇.滑坡穩(wěn)定性可靠度分析方法及應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2011(11):32-34.

[5] 劉 曉,唐輝明,熊承仁.邊坡動(dòng)力可靠性分析方法的模式、問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)[J].巖土力學(xué),2013(5):1217-1234.

[6] 唐小松,李典慶,周創(chuàng)兵,等.不完備概率信息條件下邊坡可靠度分析方法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013(6):1027-1034.

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Researchonstabilityevolutionlawofbanklandslidebasedonreliabilitytheoryanddamageprobability

MengHui

(ChinaRailwaySiyuanSurvey&DesignGroupCo.,Ltd，Wuhan430063，China)

Based on reliability theory and damage probability and using SEEP/W software, the stability evolution law of Huangtupo landslide was researched. The differences and similarities between average stability coefficient and landslide failure probability have been analyzed when they are used to evaluate the slope stability during the process of reservoir water level fluctuation. The research results show as follow: when using the damage probability to evaluate the stability evolution law of landslide, it can get more reasonable results than conventional methods. This is because parameters are random variables. The stability of the shallow and deep landslide is reduced to the minimum when the reservoir water level drops from 175 m to 145 m. The stability will be improved a little when the water level keep in 175 m.

reliability, damage probability, huangtupo landslide, bank slope

1009-6825(2017)23-0092-02

2017-06-03

孟 輝(1986- )，男，工程師

P642.22

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