某滑坡極限平衡法與有限單元法穩(wěn)定性的對(duì)比

吳早生 黃建國(guó)

(浙江華匯巖土勘測(cè)有限公司，浙江紹興 312000)

1 工程地質(zhì)條件

1)地層巖性特征。據(jù)工勘揭示，滑坡區(qū)(斜坡帶)由第四系全新統(tǒng)人工堆積土層(Qml4)、滑坡堆積層(Qapl4)、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層(Q2apl2)和下伏侏羅系上統(tǒng)七曲寺組(J3q)地層組成。2)巖石風(fēng)化特征。紫紅色砂質(zhì)泥巖，全風(fēng)化帶其巖石礦物成分以粘土礦物、伊利石、膨潤(rùn)土、蒙脫石及云母片為主，該巖石風(fēng)化后，泥巖中的粘土、泥質(zhì)顆粒含量可達(dá)30%～50%，遇水易軟化泥化。親水性礦物易膨脹，形成極薄的泥化粘粒層，抗剪強(qiáng)度極低，C=0 kPa～10 kPa，φ=2°～9°，這些粘粒層在滑坡的滑移中起著決定性作用，所以一般將泥巖劃歸為易滑地層。該滑坡蠕動(dòng)滑移其滑帶就在泥巖風(fēng)化帶中。3)水文工程地質(zhì)條件。該區(qū)域地下水類型為第四系堆積層的孔隙水，以潛水為主，基巖中的風(fēng)化裂隙水較少，主要補(bǔ)給是大氣降水，并有部分泉水，該斜坡地層上部大部分土層為粘性土，滲透性差。

2 滑坡的基本特征

滑坡位于某學(xué)校區(qū)內(nèi)，在校內(nèi)施工中開(kāi)挖土石方工程，挖除了斜坡腳的巖土，導(dǎo)致斜坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，使老滑坡的巖土松動(dòng)，發(fā)生蠕滑現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)半年多時(shí)間，氣候變化，使老滑坡變形蠕滑明顯加劇?；缕矫嫘螒B(tài)基本呈半圓形滑動(dòng)，滑坡表部坡度變化較大，由后緣弧頂至前緣滑軸線即Ⅳ—Ⅳ′至Ⅶ—Ⅶ′剖面所挾圍的地段。在滑坡的前緣一帶地面隆起明顯，經(jīng)過(guò)擠壓變形形成滑坡舌部，部分滑坡地段土層已經(jīng)發(fā)生明顯滑移，而且滑坡面非常清晰。滑坡舌已形成高約1.0 m的滑坡鼓丘。在滑體中前部區(qū)域裂縫發(fā)育密集，裂縫寬度有大有小，裂縫的兩側(cè)土體被擠壓隆起，滑體土體松散。滑體中已形成3個(gè)緩坡封閉臺(tái)地，平臺(tái)前高后低，平臺(tái)的后緣部分聚集大量地表水，在部分地段發(fā)育有寬約幾十厘米的張性裂縫，在具有潛在滑動(dòng)的老滑坡體后緣一帶可見(jiàn)有大量的醉漢林?；瑒?dòng)面的特征是在滑坡后緣，滑動(dòng)面位于粉質(zhì)粘土中，滑動(dòng)面傾角較緩，一般為10°左右，但后緣滑壁傾角較大，在滑坡帶中具有明顯擦痕，在滑坡面上一般都具有軟塑狀灰白色高嶺土膜;在中下部分，滑動(dòng)帶主要分布于粘性土和基巖界面部位，基巖的上部全風(fēng)化巖層中有大量密集的滑移結(jié)構(gòu)面，呈網(wǎng)狀裂面，在滑坡面上有黃色及灰色泥膜，滑坡面傾角大小不等，在滑坡前部剪出口，滑動(dòng)面主要在粘性土和為黃色粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖交接部位，滑動(dòng)面傾角較平緩。

3 極限平衡穩(wěn)定性計(jì)算

1)計(jì)算方法及計(jì)算公式。由于該滑坡的滑動(dòng)帶有的處于粘性土中，有的處于粘性土和基巖交接部位，有的位于粘性土和強(qiáng)風(fēng)化交接處，由于大部分位于基巖頂面全劇風(fēng)化帶中，故該滑坡以該滑坡面按分段傳遞系數(shù)計(jì)算方法，采用折線型滑動(dòng)面計(jì)算?；路€(wěn)定性系數(shù)F的計(jì)算公式為:

其中，F(xiàn)為滑坡穩(wěn)定系數(shù);Ti為第i塊滑體下滑力，Ti=wi·sinαi;Ri為第 i塊滑體滑阻力，Ri=wi·cosαi·tanφi+Cili，wi，li，αi，Ci，φi分別為第 i塊滑體的重量、長(zhǎng)度、滑面傾角、粘聚力和內(nèi)摩擦角;ψj為第i塊滑體的剩余下滑力傳遞至第i+1塊的傳遞系數(shù)，

2)驗(yàn)算結(jié)果。計(jì)算詳細(xì)數(shù)據(jù)匯及最終穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果匯總于表1中。經(jīng)過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，幾條滑坡剖面穩(wěn)定系數(shù)均大于1.5，由此得到結(jié)論，該地帶相對(duì)穩(wěn)定。部分滑坡剖面位于滑坡主軸，相對(duì)活躍，穩(wěn)定系數(shù)相對(duì)較小，為1.135～1.294，前緣地帶的次級(jí)滑坡穩(wěn)定系數(shù)較小，為0.846～0.977，由此可見(jiàn)，滑坡前緣土體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生緩慢蠕滑階段。總的來(lái)說(shuō)，該滑坡采用幾個(gè)具有代表性的剖面進(jìn)行計(jì)算與評(píng)價(jià)，得到滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.8～1.2，表明該滑坡目前仍處于緩慢的蠕滑狀態(tài)，這與滑坡實(shí)際現(xiàn)狀相符合。

4 滑坡有限元法穩(wěn)定驗(yàn)算

對(duì)本滑坡采用有限元軟件進(jìn)行模擬，驗(yàn)證該滑坡穩(wěn)定狀態(tài)。故采用ANSYS來(lái)完成有限元法的滑坡穩(wěn)定驗(yàn)算，求得該滑坡體相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)。

1)計(jì)算方法:每個(gè)剖面采取計(jì)算范圍是坡腳沿120°向南東方向水平延展滑坡高度為1.5倍的距離作為邊界，從坡頂滑坡后緣壁沿300°向北西方向水平延伸滑坡高度2.5倍的距離作為邊界，上下邊界總高大于2倍坡的高度。左右兩側(cè)水平約束，下部固定。

表1 條分法計(jì)算結(jié)果

2)計(jì)算參數(shù):在計(jì)算過(guò)程中，驗(yàn)算對(duì)象視為均質(zhì)土坡?；w土天然重度(γ):20.2 kN/m3，滑帶土內(nèi)摩擦角(φ):9°，滑帶土粘聚力(C):7 kPa，滑體土彈性模量(E):30 MPa，滑體土泊松比(v):0.3。

3)滑坡有限元法穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)論:通過(guò)對(duì)Ⅵ—Ⅵ′，Ⅶ—Ⅶ′，Ⅷ—Ⅷ′三個(gè)剖面的有限元穩(wěn)定驗(yàn)算，可以看出，該滑坡整體上處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，安全穩(wěn)定系數(shù)分別為 1.26，1.07，1.14，Ⅵ-Ⅵ′穩(wěn)定性最好，Ⅶ—Ⅶ′剖面安全穩(wěn)定系數(shù)最低，與極限平衡法計(jì)算結(jié)果比較，清晰地表明相差幅度不是很大，與目前滑坡的實(shí)際情況基本吻合(見(jiàn)表2)。

表2 計(jì)算結(jié)果相比較

5 結(jié)語(yǔ)

1)運(yùn)用傳統(tǒng)的極限平衡條分法，選取飽和殘余快剪強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，得出結(jié)論是滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，與實(shí)際土坡的穩(wěn)定狀態(tài)相吻合。2)采用目前處在研究階段的以ANSYS為計(jì)算工具的有限元強(qiáng)度折減法對(duì)滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定驗(yàn)算，從計(jì)算結(jié)果分析，與極限平衡條分法計(jì)算結(jié)果有所差別，但相差最大幅度未超過(guò)10%，說(shuō)明具有一定可靠性。3)本文通過(guò)有限元強(qiáng)度折減法對(duì)比較復(fù)雜地形地貌、地質(zhì)條件的滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，進(jìn)一步的確定了該方法在工程實(shí)踐中應(yīng)用的可行性，這對(duì)當(dāng)前利用該方法分析非自然邊坡的狀況無(wú)疑是一種推動(dòng)，并促進(jìn)邊坡工程領(lǐng)域內(nèi)對(duì)有限元法的應(yīng)用。

［1］王來(lái)貴，黃潤(rùn)秋.邊坡變形系統(tǒng)失穩(wěn)控制因素研究［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1997(6):203-205.

［2］吳香根.工程滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度與地形坡度的關(guān)系［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2000(6):133-134.

［3］張魯渝，鄭穎人.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法計(jì)算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的精度研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2003(1):21-26.

［4］關(guān)立軍.基于強(qiáng)度折減的土坡穩(wěn)定分析方法研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2003.