孫家溝一級古滑坡滑帶土強(qiáng)度參數(shù)反演分析

鄭　偉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津　300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

孫家溝一級古滑坡滑帶土強(qiáng)度參數(shù)反演分析

鄭偉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

摘要通過對孫家溝一級古滑坡發(fā)展階段的判定，反演滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)，采用數(shù)值模擬分析古滑坡變形特征并加以驗證，最終得出滑帶土強(qiáng)度參數(shù)C=2 kPa，φ=12.75°，與現(xiàn)場勘察結(jié)果相吻合。

關(guān)鍵詞滑帶土；參數(shù)反演；數(shù)值模擬

滑坡穩(wěn)定性評價與錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計均以巖土體強(qiáng)度參數(shù)為基礎(chǔ)，而滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)更是關(guān)鍵因素，直接影響滑坡剩余下滑推力計算[1]和錨固結(jié)構(gòu)的選擇。由于滑帶土物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，加之滑坡體蠕變滑移和外界因素變化，使得室內(nèi)試驗和原位測試難以準(zhǔn)確模擬滑帶土的受力狀態(tài)，試驗數(shù)據(jù)較真實值有一定的偏差，需根據(jù)滑坡實際狀態(tài)和變形發(fā)展趨勢對滑帶土強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行反演分析[2-3]。

孫家溝古滑坡位于山西省保德縣新畦村，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大。該古滑坡分為二級滑坡，以位于前緣的一級滑坡為研究對象。一級滑坡為牽引式順層滑坡，長約300 m，寬約900 m，滑體平均厚20 m，滑坡體組成物質(zhì)主要為新黃土，粉質(zhì)黏土和全、強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，古滑帶位于全風(fēng)化砂巖夾泥巖中。

根據(jù)古滑坡實際狀態(tài)，利用GEO-SLOPE軟件，采用極限平衡法反算滑帶土強(qiáng)度參數(shù)，并建立二維地質(zhì)力學(xué)模型，模擬分析該強(qiáng)度參數(shù)下的滑坡體變形，驗證計算結(jié)果的可靠性。

1滑帶土強(qiáng)度參數(shù)反演

1.1　反演指標(biāo)

為了反演強(qiáng)度參數(shù)能夠反映古滑坡體穩(wěn)定性現(xiàn)狀，必須選擇合理的反演指標(biāo)(即穩(wěn)定系數(shù)Fs)，參照文獻(xiàn)[4]，滑坡發(fā)展階段與穩(wěn)定系數(shù)對照關(guān)系如表1所示。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，古滑坡處于蠕動階段，安全系數(shù)Fs=1.15。

1.2　參數(shù)反演

為了能夠同時獲得滑帶土的C值和φ值，選用滑坡軸部5號剖面和其相鄰南側(cè)的4號剖面，建立方程，聯(lián)立求解。根據(jù)滑坡剖面，在GEO-SLOPE中建立模型，如圖1、圖2所示，模型中巖土材料參數(shù)見表2。

5號、4號剖面在穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.15時，C-φ關(guān)系值如表3所示。

通過反算，5號剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.15，C、φ值滿足

(1)

4號剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.15，C、φ值滿足

(2)

將方程(1)、(2)聯(lián)立，得到滑帶參數(shù)C=347 kPa，φ=-39°，這顯然不合理。通過分析發(fā)現(xiàn)，雖然5號、4號剖面位置上緊鄰，且滑帶土的物質(zhì)組成和含水狀態(tài)相類似，但5號剖面滑帶埋深較大，斜坡面較陡，坡體蠕變滑移速率較大，穩(wěn)定性相對4號剖面較低，滑坡發(fā)育階段不同，因此不能聯(lián)立。

一般C值取決于滑帶土的物質(zhì)組成和含水狀態(tài)，變化幅度較小，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合工程經(jīng)驗，確定滑帶土C=2 kPa，因此φ=12.75°。

2滑坡變形模擬

通過極限平衡法[5-6]反算得到的滑帶土強(qiáng)度參數(shù)，很大程度上取決于假設(shè)的反算指標(biāo)即滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs。依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合工程經(jīng)驗假設(shè)的穩(wěn)定系數(shù)Fs可能與真實值有較大偏差，通過FLAC3D有限差分?jǐn)?shù)值軟件[7-8]，建立地質(zhì)力學(xué)模型，以上述反算得到的強(qiáng)度參數(shù)C=2 kPa，φ=12.75°為滑帶土參數(shù)，模擬滑坡變形，驗證反算參數(shù)的準(zhǔn)確性。

模型選用5號剖面，長495 m，力學(xué)邊界采用前后y方向約束，底面z方向約束，上表面無約束?？紤]到滑坡區(qū)新構(gòu)造活動不強(qiáng)烈，且地層主要為黃土和全強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，此類巖體不足以存儲地應(yīng)力，因此模型初始應(yīng)力場只考慮重力場。模型中巖土體本構(gòu)模型均采用摩爾-庫倫模型，具體模型如圖3所示，模型材料參數(shù)見表2。

圖4為位移分布。由圖4可見，滑坡前緣位移較大，向后緣位移變小。為能夠更好的分析滑坡形成過程中坡體位移變形，分別選取滑帶前緣、中部及后緣節(jié)點，觀察位移變化，見圖5。由位移變化曲線可知，滑帶前緣水平向位移遠(yuǎn)大于豎直向位移，滑體向坡前水平滑移，并略微向上拱起，向后水平向位移迅速減少，滑體中部位移為沿古滑動面向下滑移，滑體后緣基本無位移。

滑體位移量為cm級，位移很小，說明滑坡體目前處于蠕變滑移階段，假設(shè)穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.15合理，反算得到的滑帶土強(qiáng)度參數(shù)C=2 kPa，φ=12.75°是準(zhǔn)確可靠的。

根據(jù)滑體變形特征，滑體變形主要集中于前緣，前緣滑動后，變形向后緣延伸，呈現(xiàn)明顯的牽引式滑動。由于雨水沖刷、人工開挖等因素，坡體前緣現(xiàn)已形成一道高3～10 m不等，自然傾角70°～80°的陡坎，前緣陡坎較不穩(wěn)定，若發(fā)生滑塌，會牽引后方坡體進(jìn)一步滑動破壞，需采取必要的加固措施，提高滑坡穩(wěn)定性。

3結(jié)論

采用極限平衡法，對孫家溝一級古滑坡滑帶土強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行反演，模擬滑坡體變形特征，驗證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，得出如下結(jié)論：

(1)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，并結(jié)合工程經(jīng)驗，古滑坡體目前處于蠕變滑移階段，穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.15，據(jù)此反演得到滑帶土強(qiáng)度參數(shù)C=2 kPa，φ=12.75°。

(2)采用多剖面聯(lián)立方程求解C、φ值時，所選取的剖面不僅需要滑帶土的物質(zhì)組成和含水狀態(tài)要相類似，而且還應(yīng)具有相同的運動狀態(tài)，滑坡的發(fā)育階段也應(yīng)相類似。

(3)通過數(shù)值模擬分析滑體變形特征，滑體前緣變形較大，向后緣變形迅速減小，滑體的位移量較小，為cm級，說明滑坡目前處于蠕變滑移階段，與現(xiàn)場勘查結(jié)果吻合，反算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

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中圖分類號：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0028-02

收稿日期：2015-06-12