公路滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)選取方法研究

張麗萍,劉 超

(1.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西西安 710018;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西西安 710054)

公路滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)選取方法研究

張麗萍1,劉 超2

(1.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西西安 710018;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西西安 710054)

以羊道溝滑坡為工程實例,研究滑帶土抗剪強度參數(shù)選取方法。利用反演分析結(jié)合室內(nèi)試驗和經(jīng)驗系數(shù),得出滑帶土抗剪強度參數(shù)(c、φ)值。研究表明:反演分析與多種方法的綜合確定的滑帶土抗剪強度參數(shù)更為合理,能有效地滿足工程要求。

公路;滑坡;抗剪強度參數(shù);反演分析;參數(shù)選取

滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)(c、φ)是滑坡穩(wěn)定性分析的重要參數(shù)。它直接影響滑坡推力和滑坡穩(wěn)定性驗算的結(jié)果,如 φ角增加1°,滑坡推力可能成倍增加[1]。因此合理選取滑帶土的抗剪強度參數(shù)對滑坡穩(wěn)定性評價至關(guān)重要。

滑坡抗剪強度參數(shù)選取方法很多,如室內(nèi)試驗[2]、現(xiàn)場大型剪切試驗[3]、工程地質(zhì)類比法[4]和參數(shù)反算[5]等。傳統(tǒng)的采用單一方法由于其考慮因素片面,所得結(jié)果往往與實際情況差別較大。文中以羊道溝滑坡為研究對象,應(yīng)用傳遞系數(shù)法進行反演分析,并結(jié)合室內(nèi)試驗和當(dāng)?shù)匾延薪?jīng)驗數(shù)據(jù),綜合選取滑帶土的抗剪強度參數(shù)。考慮因素較為全面,計算結(jié)果滿足工程要求。

1 工程概況

羊道溝滑坡位于陜西省大柳塔至石馬川一級公路K67+810～K67+995段右側(cè)的黃土斜坡地帶,如圖1～圖2?；伦呦蚺c路線走向一致,呈近南北向展布,主滑方向近東西。東西長約168 m,南北寬約250 m,滑體厚度約11 m,總方量約25×104m3。

圖1 大柳塔至石馬川公路位置圖

圖2 羊道溝滑坡平面示意圖

滑坡區(qū)的地層主要為第四系黃土地層和侏羅系中統(tǒng)延安組地層。黃土地層覆蓋于基巖之上,滑坡發(fā)生后,形成了滑坡堆積物,局部基巖之上有薄層的殘坡積堆積物。

滑坡呈圈椅狀地形,后壁為陡坎,陡坎高約5 m,堆積體上陡下緩,上部地面坡度20°,滑坡前緣坡腳受流水侵蝕,坡體陡峭。坡體兩側(cè)為沖溝,沖溝兩側(cè)下部基巖裸露?；w上發(fā)育有多條裂縫,縱橫交錯,橫向兩條位于滑坡體中部和上部,縱向裂縫有三條,其中一條通往滑坡體頂部,寬0.5 m～1.5 m,深約1.0 m～1.5 m,滑體中部及后緣發(fā)育有多處落水洞,直徑3 m～5 m,深約2 m～3 m,滑體前緣局部發(fā)育小型坍塌。

根據(jù)調(diào)查,該滑坡沿溝底剪出,坡面較平緩,坡體上發(fā)育數(shù)個規(guī)模不等的落水洞,坡體上的張拉裂縫縱橫交錯,前緣局部發(fā)生小型坍塌。各種跡象表明,該滑坡體變形較明顯,為牽引式大型黃土滑坡,處于臨界穩(wěn)定狀態(tài),工程擾動可能導(dǎo)致其滑動[6]。

2 室內(nèi)試驗

在滑坡體上布置兩條剖面1-1'和2-2'(圖2),通過鉆孔取樣,進行室內(nèi)試驗,試驗結(jié)果如表1。

根據(jù)滑帶土的力學(xué)性質(zhì)試驗統(tǒng)計結(jié)果可知:飽和固結(jié)快剪試驗c=13.4 kPa,φ=16°。

3 抗剪強度參數(shù)反演分析法

3.1 反演分析評價方法

本文采用傳遞系數(shù)法對該滑坡的抗剪強度參數(shù)進行反演分析。該方法假定滑體為整體滑動,各條塊的滑坡推力的作用方向均平行于上一條塊的滑面,作用點為條塊間分界面中點[7]。

表1 滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

計算表達(dá)式[8]如下式:

式中:Fs為穩(wěn)定系數(shù);wi為第i塊段滑體所受的重力(kN/m);Ri為作用于第i塊段的抗滑力(kN/m);Ti為作用于第i塊段的下滑力(kN/m);ci為第i塊段土的粘聚力(kPa);φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角(°);θi為第i塊段的底面傾角(°);Ni為第i塊ψ滑體在滑動面法線上的反力(kN/m);ψi為推力傳遞因數(shù);Li為第i塊段滑動面長度(m)。

反演分析具體步驟:選擇一個計算剖面,在預(yù)先給定穩(wěn)定系數(shù)的前提下,通過試算得到多組不同的c、φ值,即每組c、φ值均使得穩(wěn)定系數(shù)為預(yù)定值。然后通過曲線擬合的方法,繪出c-φ的趨勢線。另取一個計算剖面,仍在相同的穩(wěn)定系數(shù)前提下,同樣方法得到另一條趨勢線。兩條線相交于一點,該點所對應(yīng)的橫縱坐標(biāo)即為反分析得出的強度參數(shù)c、φ。

3.2 反演分析評價指標(biāo)

反演分析的前提是確定穩(wěn)定性評價指標(biāo),即滑坡的穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)定性評價指標(biāo)具有一定的經(jīng)驗性,它與滑坡發(fā)育階段、所處的狀態(tài)等因素密切相關(guān),應(yīng)根據(jù)滑坡變形的發(fā)展階段,特別是滑坡前后緣的變形特征綜合選取[9]。

羊道溝滑坡后壁為一陡坎,局部有明顯滑塌現(xiàn)象。后壁出現(xiàn)多處拉張裂縫,裂縫之間有顯著的下挫現(xiàn)象,滑坡側(cè)縫可見土體被推移拉裂,前緣土體有被推出并順坡滑落等現(xiàn)象?；谶@些特征,根據(jù)滑坡穩(wěn)定性評價規(guī)范,穩(wěn)定系數(shù)取1.05。

3.3 反演分析計算結(jié)果

選取1-1'和2-2'剖面(圖2),進行反演分析計算,圖3為反演分析的曲線,從圖中可以求出兩條趨勢線的交點,進而得到滑坡抗剪強度參數(shù)為:c=15.1 kPa,φ=14.8°。

圖3 滑坡 c、φ值反演分析曲線圖

4 滑帶土抗剪強度參數(shù)的綜合選取

根據(jù)當(dāng)?shù)匾酝墓こ探?jīng)驗,該地區(qū)黃土抗剪強度參數(shù)為c=18 kPa,φ=12.1°。

滑帶土抗剪強度參數(shù)的確定需要綜合考慮以上幾個因素的作用。室內(nèi)試驗的方法是通過鉆孔取樣,然后進行試驗直接得到土的強度參數(shù)。這個結(jié)果僅僅能代表一定范圍內(nèi)有限個點的參數(shù),不能反映該范圍的整體特點,如單一采用試驗方法不能反映滑坡宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)。而反演分析恰好彌補了這一不足。反演分析是通過滑坡的工程地質(zhì)條件來確定其穩(wěn)定系數(shù),再反算參數(shù)的一種方法。這種方法所得到的參數(shù)符合滑坡整體的穩(wěn)定狀態(tài)。同時,結(jié)合已有的工程經(jīng)驗值,使結(jié)果更為可靠。該滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)的值最終取作三者的平均值,即c=15.5 kPa,φ=14.3°。滿足工程要求。

5 結(jié) 論

土性參數(shù)具有很強的離散性和變異性,反演分析從整體出發(fā),反算得到參數(shù),同時結(jié)合室內(nèi)試驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù),所得滑帶土的抗剪強度參數(shù)更為合理。

[1]徐平,王阿丹,李同錄,等.西安咸陽國際機場污水排放口潛在邊坡穩(wěn)定性分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,2011,31(2):191-194.

[2]柏永巖,聶德新.茨菇滑坡滑帶土擾動樣強度參數(shù)取值分析及滑坡穩(wěn)定性評價[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2009,17(4):496-502.

[3]黃志全,閆文杰,王玲玲,等.南陽膨脹土抗剪強度的現(xiàn)場剪切試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2005,32(5):64-68.

[4]邊智華,佘美萬,高鳴安,等.大巖淌滑坡穩(wěn)定復(fù)核抗剪強度參數(shù)的取值研究[J].人民長江,2009,40(21):16-19.

[5]李治廣,董 昕,馬 健.反分析法與室內(nèi)試驗法確定巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面抗剪強度對比研究—以西柏坡紀(jì)念館不穩(wěn)定斜坡為例[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2009,17(4):569-505.

[6]李毅.大柳塔至廟溝門至石馬川一級公路工程地質(zhì)勘察報告[R].榆林:榆林市公路勘察設(shè)計院,2010.

[7]易朋瑩,王 凱,任 佳,等.基于傳遞系數(shù)法的滑坡滑帶土強度參數(shù)反分析研究[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2008,19(4):23-26.

[8]李廣信.土力學(xué)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[9]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國鐵道出版社,2001.

Research on Selection Methods for Shear Strength Parameters of Sliding Zone's Soil in Highway Landslide

ZHANG Li-ping1,LIU Chao2
(1.Shaanxi Vocational and Technical College of Communications,Xi'an,Shaanxi710018,China;2.College of Geologic Engineering and Mapping,Chang'an University,Xi'an,Shaanxi710054,China)

Taking Yangdaogou landslide for example,the selection method for the shear strength parameter of slip zone's soil is studied.Then,combining with laboratory and empirical coefficient,the shear strength parameters(c,φ)of slip zone's soil are obtained by using inversion analysis.The study results show that the shear strength parameters of slip zone's soil determined by the inversion analysis integrated with a variety of methods are more reasonable,and can effectively meet the requirements of engineerings.

highway;landslide;shear strength parameter;back analysis;parameter selection

TU441

A

1672—1144(2012)01—0057—03

2011-11-24

2011-12-20

國家自然科學(xué)基金“黃土路塹邊坡穩(wěn)定性的可靠度研究”(40772181)

張麗萍(1980—),女(漢族),陜西西安人,碩士,講師,主要從事地質(zhì)工程和巖土工程教學(xué)及研究工作。