李家坡天然边坡稳定性研究

朱词 刘冬梅

摘 要：我国滑坡和崩塌频发，开展边坡稳定性研究具有重大科学意义和工程应用价值。本研究以李家坡为研究对象，采用传递系数法对滑坡和不稳定斜坡进行了研究。研究结果表明，暴雨和地会增大滑体的剩余下滑力，降低滑体的稳定系数，进而加大滑坡发生的风险。上述研究发现可为边坡防治提供工程提供一定的科学参考依据。

关键词：滑坡;传递系数法;剩余下滑力;稳定系数

Study on the stability of Lijiapo Natural slope

Abstract：Landslide and collapse occur frequently in our country so the research on slope stability has great scientific significance and engineering application value. Taking Lijiapo as the research object, the transfer coefficient method is used to study the landslide and unstable slope. The results show that the heavy rain and the ground will increase the residual sliding force of the sliding body, reduce the stability coefficient of the sliding body, and then increase the risk of landslide. The above findings can provide some scientific reference for slope control engineering.

Keywords：landslide; Transfer coefficient method; Residual sliding force; Coefficient of stability

1.引言

我国地质构造复杂、地势高差大，地形地貌起伏变化大，地质灾害呈长期高发态势，滑坡、崩塌等地质灾害频发，其中，滑坡、崩塌等地质灾害发生频次高、受灾面积广、损失程度逐年升高。对边坡的稳定系进行研究可为地址防灾、边坡工程设计与施工提供一定的参考。

郑明新、张卢明[1-2]等对典型工点开展现场测试与室内模型试验，分析排水及吸水过程中坡体基质吸力的变化规律，依据土-水特征曲线预测滑带土强度变化规律，耦合抗滑工程规模特征、结构受力及位移进行数值反分析，提出了滑坡防治效果后评价方法和标准，为滑坡防治标准的确定提供依据。缪林昌[3-4]以试验研究为基础，分别从宏观、微观方面定量研究非饱和膨胀土气水运移渗透引起的土体内部结构变化规律和产生变形的机理，研究采用一种综合结构势参数定量刻画非饱和膨胀土结构变化和变形发展规律，建立了耦合饱和度、综合结构势参数的非饱和膨胀土的应力应变关系，明晰了气水运移渗透对膨胀土边坡稳定性的影响机理。陈志坚[5-6]等人以野外调查和室内试验为基础，对层状岩体的岩性组合特征、软弱夹层、裂隙的分布规律以及岩体结构特征进行了研究，以大跨径悬索桥地基基础及层状岩质高边坡为研究对象，形成了层状岩质边坡工程安全监控建模理论及关键技术。王东[7]等为揭示露天矿含斜交断层顺倾层状边坡的变形破坏规律及其力学成因机制、明确断层对边坡变形与稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮边坡为工程背景,应用有限差分软件 FLAC3D,基于强度折减理论,对含斜交断层顺倾层状边坡稳定性进行了三维数值模拟。

图1 典型层状土质边坡失稳

Fig1. The instability of typical layered soil slop

本研究基于李家岭天然土体滑坡，建立了天然土体的剖面二维模型，运用传递系数法对土体数据进行了计算，探讨了不同工况下李家岭天然滑坡特征以及土体的整体稳定性。

2.滑坡体特征

李家岭滑坡所处地形为斜坡，前缘为坡脚，标高297 m，后缘标高335 m，平面形态不规则，地貌形态总体近似呈扇形。斜坡北端底部有小型崩塌，将斜坡北端确定为稳定斜坡，长度约20~30 m，斜宽约20~23m，残积层厚度为0.8~1.5m，平均厚度为1.02m。该斜坡南端于2006年5月由暴雨诱发了滑动，确定为滑坡，滑动方向270°。滑坡体轴长约35m，平均宽度为15m，平均厚度2.6m，滑坡面积约530m2，滑体方量约1365m3，属于小型浅层土质滑坡。

现场密度试验测定滑坡土质量密度为1.95g/cm3,碎石粘聚力计算值为0kPa，内摩擦角取35.5°，滑带碎石和和不稳定斜坡碎石的物理力学参数见表1

表1物理力学参数建议值

Table 1 Recommended values of physical and mechanical parameters

	重度(Kn/m3)		粘聚力(kPa)			内摩擦角(°)			设计基本地震加速度值
	天然	饱和	天然	饱和	天然		饱和
滑带碎石	19.5	20	0.6	0.4	25.5		22.3	0.05g
不稳定斜坡碎石	19.5	20	0.8	0.5	27.5		24.5

该滑坡边坡坡度达30°~40°，滑体的上部物质组成主要为第四系松散堆积物，滑床为板岩，松散堆积吴碎砾石含量约65 %，滑体物质结构松散，土石结构紊乱。且滑坡所处地区雨量充沛，多短时暴雨，雨水沿第四系松散堆积层的孔隙渗入滑动带，降低了滑带土的粘聚力，上述条件为滑体的变形破坏提供了有利条件。

3.滑坡模型建立

选取滑坡及不稳定斜坡中的典型剖面建立二维计算模型，建立的模型如图2所示。

   (a)滑坡                                      (b)不稳定斜坡

图2 计算模型剖面图

Fig2 profile of the calculation model

针对不同外部条件下的边坡受力状态，本研究选取了3种不同的工况进行计算，即自重、持续暴雨和地震条件，具体计算工况及相对应安全系数见表2：

表2 模型计算工况

Table 2 model calculation condition

工况编号	剖面	荷载	安全系数
1	滑坡	自重	1.15
2	滑坡	自重+持续暴雨	1.05
3	滑坡	自重+地震	1.02
4	不稳定斜坡	自重	1.15
5	不稳定斜坡	自重+持续暴雨	1.05
6	不稳定斜坡	自重+地震	1.02

滑体由土体组成，滑面为土岩接触面，将滑移面等效为折线型，采用传递系数法进行计算：

      (1)

式中：

式中：为第i块段的剩余下滑力传递至i+1块段时的传递系数，即：

                  (2)

式中Wi为第i条块的重量（kN/m）；Ci—第i条块内聚力（kPa）；Φi—第i条块内摩擦角（°）；Li—第i条块滑面长度（m）；αi—第i条块滑面倾角（°）；βi—第i条块地下水线与滑面的夹角(°)；A—地震加速度(g)；Kf—稳定系数

4.结果分析

4.1滑坡推力分析

滑坡和不稳定斜坡在不同工况下的剩余下滑力如图3所示，由图可知在自重作用下滑坡的剩余下滑力为-5.886kN/m，不稳定斜坡的剩余下滑力为-10.318 kN/m，滑坡和不稳定斜坡均处于临界稳定状态。在暴雨作用下土体处于饱和状态，滑坡和不稳定斜坡的剩余下滑力分别为78.119 kN/m和18.941 kN/m，滑坡和不稳定斜坡均发生了滑动；地震动作用引起了滑体和滑床之间的强烈相互作用，滑坡和不稳定斜坡的剩余下滑力分别为18.941 kN/m和-1.795 kN/m，不稳定斜坡仍然处于稳定状态，滑坡发生了滑动。

图3不同工况下的剩余下滑力

Fig 3 Residual sliding force under different working conditions

4.2滑坡稳定性

根据滑坡体变形特征及滑体目前所处的状态，结合稳定性计算结果，根据滑坡体的稳定系数，对滑坡的稳定系评价进行划分：

1）kf＜1.0不稳定

2）1.0＜kf＜1.05欠稳定

3）1.05＜kf＜1.15基本稳定

4）kf＞1.15稳定

滑坡和不稳定斜坡在不同工况下的稳定系数如图4所示，滑坡在自重作用下的稳定系数kf为1.013，处于欠稳定状态，在饱和状况下稳定系数kf为0.852，处于不稳定状态，在地震作用下稳定系数kf为0.957，处于不稳定状态；不稳定斜坡在自然状况下稳定系数为kf为1.064，处于基本稳定状态，在饱和状况下稳定系数kf为0.890，处于不稳定状态，在地震作用下稳定系数kf为1.011，处于欠稳定状态。

图4 不同工况下的稳定系数

Fig 4 Stability coefficients under different working conditions

4.3不稳定斜坡发展变化趋势

不稳定斜坡的主控因素为地形条件及暴雨诱发，目前处于稳定阶段。由于斜坡体后缘形成拉张裂缝，在降雨过程雨水沿裂缝渗入，一方面增加坡体的下滑力，另一方面降低土层的抗剪强度，在强降雨过程，动水压力增加，导致斜坡整体滑移，不稳定斜坡的变形破坏可在较短的时间内产生突变。滑坡体目前处于基本稳定状态，滑体前缘受阻向上突起，应力已经释放。滑面较陡，滑坡的主控因素为水的作用，由于后缘为一较陡的临空面，随着应力不断释放，后缘的土体可能发生崩塌与塌滑，在大气降雨及地下水的共同作用下，能加速滑坡的变形破坏。

5.结论

本文建立了李家岭滑坡和不稳定斜坡二维模型，采用传递系数法对滑坡的稳定性进行了计算，得到以下结论：

(1)在自重作用下滑坡处于欠稳定状态，不稳定斜坡处于基本稳定状态，存在一定的滑动破坏风险。

(2)在暴雨和地震作用加大了滑体的剩余下滑力，滑坡和不稳定斜坡均处于不稳定状态。

参考文献

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[5]陈志坚.层状岩质边坡工程安全监控建模理论及关键技术研究[J].岩石力学与工程学报,2003(12):2111.

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