陳思嬌

摘要：本文以某滑坡為例分別采用強度折減法和極限平衡法對滑坡穩(wěn)定性進行分析比較，討論兩種方法的適用性和優(yōu)缺點，為今后滑坡穩(wěn)定性分析方法的選擇提供依據。

Abstract： This paper takes a landslide as an example with strength subtraction and limit equilibrium method for landslide stability analysis and comparison， to discuss the applicability of the two methods and advantages and disadvantages， and provide evidence for the selection of landslide stability analysis method for the future.

關鍵詞：滑坡；穩(wěn)定性分析； 強度折減法；極限平衡分析法

Key word： landslide；stability analysis；Strength Reduction Method；Limit Equilibrium Analysis Method

中圖分類號：P642.22 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0224-03

0 引言

目前計算滑坡穩(wěn)定性分析中定量計算的常用方法有極限平衡法、強度折減法、極限分析法。極限平衡法是基于剛體理論，假定滑動面后，將滑動土體豎向劃分為若干不變形的剛體土條，引入各土條間力，建立和求解力平衡方程。極限平衡法計算簡單明了，能快速得到滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，在工程中應用最為廣泛。但該方法無法反應滑坡的應力應變狀態(tài)。有限元強度折減法是以彈塑性理論為基礎，考慮了滑坡的各項實際材料參數(shù)和邊界條件，計算結果能直觀反映出滑坡的變形位移和破壞過程，更接近于工程實際情況。但目前學術界對滑坡失穩(wěn)判據也沒有統(tǒng)一的認識與定論。本文以某工程中的滑坡為例，分別采用了極限平衡法和有限元強度折減法計算穩(wěn)定性，并對滑坡穩(wěn)定性進行綜合評價。

1 滑坡基本特征

滑坡體長400m，寬80～200m，平面上呈舌狀。地形坡度中后部為10～15°，前緣為公路開挖形成的12m高50°陡坡。該滑坡為覆蓋層滑坡，滑體在中、前部較厚，為10～25m，后部較薄3～10m。

根據現(xiàn)場調查及勘探成果揭示，滑體按物質組成不同可以分為兩層：上層2～8m為粉質黏土夾少量塊碎石，其中粉質黏土約占80%，塊碎石主要為粉砂質泥巖，約占20%；下層物質主要為塊碎石土夾少量孤石，以粗粒物質為主，粉質黏土含量較少?；禄矠榉凵百|泥巖基巖，巖層產狀為260°∠16°，滑床頂板坡度與巖層面傾角基本一致。鉆孔揭示沿基覆界面存在明顯滑帶，物質主要為含礫粉質黏土，帶寬0.1～0.5m。

調查分析后推斷該滑坡是由于前緣阻滑段人工開挖后在持續(xù)降雨作用下失穩(wěn)。根據現(xiàn)場和室內試驗成果，巖土體的物理力學參數(shù)如表1。

2 基于強度折減法的穩(wěn)定性分析

2.1 計算模型與破壞標準

計算剖面選擇滑坡的主剖面，使用Geostudio軟件中的sigma有限元分析模塊，計算模型中分層與滑坡物質結構組成一致，從上至下分別為粉質黏土層、碎石土層、滑帶土和基巖。

采用Geostudio軟件分別計算斜坡在天然和暴雨工況下的穩(wěn)定性。

工況一：天然狀態(tài)。天然狀態(tài)下的荷載主要為巖土體自重。

工況二：天然狀態(tài)+暴雨狀態(tài)。除了天然狀態(tài)下的巖土體自重，還涉及降雨導致巖土體自重增加以及巖土體強度下降的狀況。換而言之，工況二必須基于巖土體飽和狀態(tài)下的容重及抗剪強度指標進行分析和運算。

本次計算強度折減破壞的判據為塑性區(qū)域貫通巖土體：首先針對未折減時的塑性區(qū)域進行分析運算，然后對滑帶土c、Φ折減，隨時關注塑性區(qū)域的變化趨勢。當折減到塑性區(qū)域正好在滑坡體中貫通時，所得到的折減系數(shù)就是穩(wěn)定性系數(shù)。采用數(shù)學運算分析方法分別對天然狀態(tài)下和暴雨狀態(tài)下巖土體坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)進行分析運算。

2.2 計算過程分析

從圖1所示天然裝填下巖土體的塑性分布情況來看，在強度折減前，斜坡中部的基覆界面和開挖坡腳部位是斜坡塑性分布區(qū)，但該區(qū)域并不是貫通的塑性帶，斜坡相對穩(wěn)定。強度折減Fs=1.12后，中部逐漸發(fā)展成塑性區(qū)域，并擴展至中部坡表時斜坡下部塑性區(qū)域并未貫通坡腳。繼續(xù)強度折減，塑性區(qū)域沿滑帶逐漸貫通至坡腳，中部塑性區(qū)域也不斷擴大。當折減系數(shù)達到Fs=1.24時，塑性區(qū)域從坡腳貫通至斜坡中部坡表（圖2）。此時折減系數(shù)Fs=1.24即滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。從塑性區(qū)域出現(xiàn)的先后情況來看，滑坡最可能的失穩(wěn)方式為中部堆積體向坡腳推移式破壞。

采用飽和容重及飽和強度參數(shù)對巖土體進行暴雨工況下有限元分析。由圖3可見，暴雨工況下斜坡在未折減時，塑性區(qū)域已經從坡腳貫通至中部坡表，坡腳和堆積體中部出現(xiàn)大范圍塑性區(qū)域?？梢姳┯旯r下斜坡已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。再進行增大參數(shù)的計算，當折減至Fs=0.98時，巖土體塑性區(qū)域減小至剛好貫通的臨界狀態(tài)（圖4），這時的折減系數(shù)Fs=0.98即穩(wěn)定性系數(shù)。

2.3 強度折減法計算結果分析

斜坡失穩(wěn)破壞判據為塑性區(qū)域的貫通，通過基于變形理論的有限元強度折減法計算得到滑坡的穩(wěn)定性。從塑性區(qū)域貫通圖可以看出滑坡最可能出現(xiàn)的失穩(wěn)方式為中部堆積體向坡腳推移式破壞。計算結果表明天然工況下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.24，顯然滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；而在暴雨工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.98，此時滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 基于極限平衡法穩(wěn)定性分析endprint

3.1 模型建立

基于傳統(tǒng)的極限平衡法分析滑坡堆積體的穩(wěn)定性狀態(tài)。用Geostudio軟件中slope/w模塊，以滑坡主剖面作為計算剖面，分別采用Morgenstern-Price、Janbu、Bishop、瑞典條分法來分析滑坡在天然工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性。

滑坡計算參數(shù)沿用表1中的參數(shù)。由強度折減法的計算結果可知，在堆積體中部最先出現(xiàn)塑形變形，滑坡可能從中部失穩(wěn)，而許多現(xiàn)實狀況下滑坡基本都是從中部開始。鑒于此，要分析極限平衡法的穩(wěn)定性，采用兩種方法進行計算：一是指定滑坡沿滑帶為整體滑面；另一種是指定剪出口位置搜索滑面的方法，計算出滑坡整體滑動面及局部最危險滑動面下的穩(wěn)定性系數(shù)。

3.2 極限平衡法計算結果分析

基于上文所述的計算模型，針對“天然狀態(tài)”和“天然狀態(tài)+暴雨狀態(tài)”下巖土體的穩(wěn)定性分別進行分析計算，得到表2所示的運算結果。

通過表2可知：天然狀態(tài)下的主剖面基本穩(wěn)定，但是在“天然狀態(tài)+暴雨狀態(tài)”下，滑坡局部不穩(wěn)定，并且整體上處于欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結語

通過有限元強度折減法與極限平衡法對滑坡穩(wěn)定性進行了計算，從基于變形理論和基于剛體強度理論兩個角度綜合評價了滑坡穩(wěn)定性。強度折減法計算便于分析滑坡的變形破壞特征和滑面形成機理，而極限平衡法計算經過了大量工程實踐，其計算的穩(wěn)定性系數(shù)可信可靠，能驗證強度折減法失穩(wěn)判據的選擇和計算的結果是否合理。結合兩種方法各自的優(yōu)勢，使綜合分析的成果更豐富、準確，為滑坡穩(wěn)定性分析與計算提供了新的思路。

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