極值法在確定滑坡滑動(dòng)面中的應(yīng)用

段堅(jiān)堤

極值法在確定滑坡滑動(dòng)面中的應(yīng)用

段堅(jiān)堤

（長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

針對(duì)滑坡勘察時(shí)因多種原因而找不到滑動(dòng)面的情況，通過采用極值法尋求最大滑坡推力時(shí)的滑動(dòng)面，并計(jì)算其推力，為滑坡整治提供依據(jù)。

滑坡；滑動(dòng)面；極值法；最大推力

工程地質(zhì)的主要難題之一是滑坡的勘察整治，滑動(dòng)面的位置關(guān)系到推力大小、整治方案選擇。有些滑坡如頁(yè)巖、千枚巖的殘坡積層等，滑坡后壁和滑坡舌可通過探井或探槽確定滑動(dòng)面及其產(chǎn)狀，而對(duì)于滑坡體中部由于鉆探時(shí)機(jī)具擾動(dòng)的原因很難找到滑動(dòng)面。本文試圖通過另一途徑，即用極值法尋找最大推力下的滑動(dòng)面，然后計(jì)算滑坡推力，為滑坡整治提供較為可靠的依據(jù)。

1　滑動(dòng)面的確定

通過對(duì)滑坡形態(tài)的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)不均質(zhì)巖土一般不存在較完整的，有規(guī)律的滑動(dòng)面或軟弱結(jié)構(gòu)面。土體一般順地形堆積，受重力和其它外力作用滑坡滑動(dòng)面大多數(shù)呈近似折線形狀，通過坡腳或擋墻基礎(chǔ)底面，且以滑塊體剪出破壞的形式為主，實(shí)際工作中，為減少計(jì)算工作量，滑動(dòng)面多數(shù)采用3段折線，如圖1所示。

在坡腳建立以豎直方向?yàn)閅軸，水平方向?yàn)閄軸的直角平面坐標(biāo)［1］，滑坡前沿和后壁滑動(dòng)面可通過探井或直接量出傾角，測(cè)出A點(diǎn)和D點(diǎn)位置，故α1、α3、A（X，Y）、D（X，Y）已知。因此，滑動(dòng)面形狀受L3、α2二個(gè)暫未確定的因素控制，本文通過極值法求出L3和α2，得出最不利的滑動(dòng)面位置。

圖1 滑坡分析斷面圖

對(duì)取樣進(jìn)行巖土室內(nèi)試驗(yàn)和巖土工程反算，得出巖土物理力學(xué)指標(biāo)及殘余抗剪強(qiáng)度似內(nèi)摩擦角作為計(jì)算依據(jù)［2-4］。A點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際地形測(cè)量確定，可以是一個(gè)或多個(gè)拐點(diǎn)，在計(jì)算重力時(shí)分條塊累計(jì)計(jì)算。

滑坡推力計(jì)算公式［2］如下：式中：Fs為安全系數(shù)（臨界狀態(tài)Fs=1）；En為第n塊滑體沿滑面的剩余下滑力；En-1為第n-1塊滑體沿滑面的剩余下滑力；Wn為作用在第n塊滑體滑面上的重力；αn為第n塊滑體滑面與水平面的交角；αn-1為第n-1塊滑體滑面與水平面的交角；φ為均質(zhì)滑體滑面上的綜合內(nèi)摩擦角（C = 0）。

AD直線方程：

M點(diǎn)坐標(biāo)：

求滑坡推力：

聯(lián)立求解，借助計(jì)算機(jī)得出α2、L3。根據(jù)研究可知滑坡推力最大時(shí)的α2、L3一定存在，且只有一個(gè)駐點(diǎn)，故α2、L3便確定了危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置。

2　工程實(shí)例

國(guó)道107線衡山城郊某埡口在線形改造中老路基向下挖1 m，土石方工程完成不久后，由于暴雨產(chǎn)生了滑坡（見圖2），一條正斷層沿路線通過埡口，坡體巖層產(chǎn)狀零亂，巖性以砂巖及少量輕微變質(zhì)的千枚巖為主，呈全風(fēng)化狀。該滑坡通過坡腳，后壁已形成，如圖2所示。

圖2　衡山城郊滑坡斷面圖

在外業(yè)勘察中，滑坡前沿通過探井確定了滑動(dòng)面，傾角α3為8°，后壁羅盤量出的傾角α1為72°?；轮胁炕瑒?dòng)面因巖土體極易受機(jī)械擾動(dòng)破壞而無(wú)法確定。為此，采用滑動(dòng)面極值法來(lái)解決這一問題，取得了較好的效果。

經(jīng)試驗(yàn)和反算殘余強(qiáng)度似內(nèi)摩擦角Ф=14°，土的容重最大平均值r=20.6 kN/m3，經(jīng)測(cè)量XD=48.0 m，YD=22.8 m，XA=4.0 m，YA=4.0 m，計(jì)算得出α2=27.4°，L3=19.84 m。

至此，滑坡推力計(jì)算所需的各參數(shù)已全部得出。該滑坡推力見表1。

表1　滑坡推力值

取安全系數(shù)FS=1.05時(shí)的滑坡推力（E3=620 kN/m）作為滑坡整治設(shè)計(jì)依據(jù)，實(shí)踐證明，該滑坡整治效果良好。

3　結(jié)語(yǔ)

在滑坡勘察中應(yīng)盡量通過各種勘探手段尋找滑動(dòng)面，在找不到的情況下考慮可用極值法解決這一疑難問題。

（1）滑動(dòng)面上綜合內(nèi)摩擦角φ值應(yīng)結(jié)合α2、L3值通過反分析法反復(fù)計(jì)算確定，這樣更接近于實(shí)際狀況。

（2）用極值法得出的是最大滑坡推力情況下的滑動(dòng)面，故安全系數(shù)FS取1.0～1.1較為經(jīng)濟(jì)。

（3）該方法一般適應(yīng)于不均質(zhì)土體滑坡，如頁(yè)巖、千枚巖、砂巖殘坡積層，由于該類型土體一般含碎石或風(fēng)化巖塊，鉆探過程中很難獲得滑動(dòng)帶土樣和確定滑動(dòng)面的具體位置。

［1］段堅(jiān)堤.粘性土坡穩(wěn)定分析的微積分法［J］.工程勘察1989（4）:6.

［2］李海平， 茍棟元，閻宗嶺.山區(qū)公路改擴(kuò)建工程典型滑坡動(dòng)態(tài)處治對(duì)策［J］.公路交通技術(shù)，2013（6）：14-18.

［3］趙明階.邊坡工程處治技術(shù)［M］.北京：人民教育出版社，2003.

［4］鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2010.

Application of Extremum Method in Landslide Sliding Surface Determination

Duan Jiandi
（Changsha City Planning Survey and Design Institute， Changsha 410007， China）

In this paper， extremum method is used to find sliding surface under maximum landslide thrust， when it is difficult to find sliding surface for many reasons in landslide survey.The landslide thrust is also calculated in order to provide basis for sliding design.

landslide； sliding surface； extremum method； maximum thrust

U416.16

A

1672-9889（2015）01-0017-02

段堅(jiān)堤（1961-），男，湖南長(zhǎng)沙人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事巖土工程方面的工作。

（2014-02-26）