楊正玉，姜 嘯，李 磊，劉順青

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100)

鎮(zhèn)江地區(qū)境內(nèi)具有寧鎮(zhèn)、茅山、丹陽(yáng)3條山系，寶華、茅山等17條山脈，大小山體有235座[1]。每年的雨季，鎮(zhèn)江地區(qū)是江蘇省內(nèi)滑坡發(fā)生較頻繁的地區(qū)，嚴(yán)重影響了滑坡周邊居民、工廠職工及游客的生命、財(cái)產(chǎn)安全，這與鎮(zhèn)江地區(qū)廣泛分布的下蜀土邊坡密切相關(guān)。因此如何合理地評(píng)價(jià)下蜀土邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定性對(duì)該類邊坡的工程設(shè)計(jì)具有重要的意義。

目前土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析方法主要有3類。第一類為極限平衡法(也稱為條分法)，代表性的有瑞典法[2]、Bishop法[3]、不平衡推力法[4]等；第二類方法為有限元法，包括有限元強(qiáng)度折減法[5]以及有限元極限平衡法[6]；第三類為極限分析法[7]。雖然如此，但是目前工程設(shè)計(jì)時(shí)大多仍采用極限平衡法進(jìn)行土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析。

本文基于極限平衡法中的Bishop條分法，采用兩種不同的方式間接反映暴雨對(duì)下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，并將兩種方式得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果對(duì)下蜀土邊坡的工程設(shè)計(jì)具有重要的意義。

1 兩種不同間接考慮暴雨影響的邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.1 邊坡表面施加地下水位線法

暴雨工況的設(shè)計(jì)，是《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)中必須要考慮的工況，因此土質(zhì)邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮暴雨的影響，然而規(guī)范中并沒(méi)有給出相應(yīng)的分析方法。若采用滲流分析法，則對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的理論要求較高，通常不常用。目前工程技術(shù)人員在考慮暴雨影響時(shí)，通常采用兩種間接方法，一種是在坡體表面施加水位線法(方法1)；另一種是邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減法(方法2)。邊坡模型表面施加水位線法示意如圖1所示。

圖1 邊坡表明施加水位線法示意圖

1.2 降雨入滲影響深度內(nèi)抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減法

另一種考慮暴雨影響的方法(方法2)是將邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減折計(jì)算示意如圖2所示。

圖2 降雨入滲影響深度內(nèi)抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減法示意圖

2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型及參數(shù)

本文采用下蜀土邊坡為研究對(duì)象，來(lái)分析兩種不同考慮暴雨的方法對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，所分析邊坡的幾何模型如圖3所示。下蜀土邊坡的土體參數(shù)如表1所示。

圖3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算幾何模型

表1 下蜀土邊坡的土體參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 不同降雨入滲深度的影響

本文采用GEO5程序中Bishop條分法分析方法1和方法2中下蜀土邊坡的穩(wěn)定性，邊坡的坡角為45°，方法2分析時(shí)選取的降雨入滲的影響深度分別為1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m。下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，對(duì)于坡度為45°的邊坡，當(dāng)降雨入滲深度小于2.3 m時(shí)，采用方法1計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小，而當(dāng)降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小。因近年來(lái)的極端降雨條件時(shí)常出現(xiàn)，當(dāng)實(shí)際下蜀土邊坡中的降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法1進(jìn)行邊坡工程支護(hù)設(shè)計(jì)是偏于危險(xiǎn)的，此時(shí)應(yīng)采用方法2(取降雨入滲深度大于4.0 m)進(jìn)行邊坡工程支護(hù)設(shè)計(jì)。

表2 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.2 不同抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減程度的影響

為分析相同降雨入滲深度下抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減程度對(duì)下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，選取邊坡的坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m，定義降雨入滲區(qū)強(qiáng)度參數(shù)折減度：

(1)

式中：f折減、f分別為降雨入滲土層及不受降雨影響土層的土體參數(shù)。

本文取折減度分別為0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從表3中可以看出，對(duì)于坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m的邊坡，當(dāng)折減度大于等于0.8時(shí)，采用方法1計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小；而當(dāng)折減度小于等于0.7時(shí)，采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小。因此，當(dāng)實(shí)際下蜀土邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)土體的折減度小于等于0.7時(shí)，采用方法1進(jìn)行邊坡工程支護(hù)設(shè)計(jì)是偏于危險(xiǎn)的。

3.3 不同邊坡坡度的影響

為分析不同的邊坡坡度對(duì)暴雨工況下下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，選取邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，降雨入滲區(qū)的強(qiáng)度參數(shù)折減度取0.7。下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，當(dāng)邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，入滲區(qū)的強(qiáng)度參數(shù)折減度為0.7時(shí)，坡度小于30°的下蜀土邊坡，采用方法1所得的邊坡安全系數(shù)較?。欢?dāng)坡度大于35°后，則采用方法2所得的邊坡安全系數(shù)較小。因此，進(jìn)行下蜀土邊坡支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的邊坡坡度選用不同的分析方法。

表4 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

為進(jìn)一步對(duì)比下蜀土邊坡坡度小于30°時(shí)兩種分析方法的計(jì)算結(jié)果，選取坡度為25°，對(duì)比分析方法1與方法2(不同降雨入滲深度)的計(jì)算結(jié)果，如表5所示。

表5 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從表5中可以看出，當(dāng)下蜀土邊坡降雨入滲深度取5.0 m時(shí)，方法1與方法2的結(jié)果一致?？梢?jiàn)，無(wú)論下蜀土邊坡的坡度為多少，都可以采用方法2進(jìn)行下蜀土邊坡暴雨工況下的穩(wěn)定性計(jì)算，并且計(jì)算結(jié)果是偏于安全的。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)當(dāng)下蜀土邊坡坡度一定，降雨入滲深度小于2.3 m時(shí)，采用方法1計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小，隨著降雨入滲深度的繼續(xù)增加，采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小。

(2)當(dāng)下蜀土邊坡坡度及降雨入滲深度一定，抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減法大于等于0.75時(shí)，采用方法1計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小，當(dāng)抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減度小于0.75時(shí)，采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小。

(3)當(dāng)下蜀土邊坡降雨入滲深度(3 m)及抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減度一定(取0.7)，邊坡坡度小于35°時(shí)，采用方法1計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小，反之則采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小；但是當(dāng)邊坡降雨入滲深度為5 m時(shí)，坡度大于等于25°時(shí)，采用方法2計(jì)算所得的邊坡安全系數(shù)較小。