滑帶土強度參數(shù)確定方法研究

彭振斌 田榮熙

【摘要】本文主要介紹滑坡治理過程中滑帶土參數(shù)的確定，采用工程類比GSI法、反演分析、現(xiàn)場試驗多種方法綜合比較分析，確定滑帶土的強度指標供設(shè)計采用。經(jīng)過后期運行過程的監(jiān)測和驗證，說明該參數(shù)確定方法科學(xué)合理，并為類似工程提供參考和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】滑坡；反演分析；GSI法；滑帶土參數(shù)

1 前言

在滑坡治理防治過程中，面臨三個關(guān)鍵問題[1]：1）滑坡的處理范圍；2）滑帶土抗剪強度參數(shù)的試驗和選擇；3）滑坡穩(wěn)定性評價和推力計算分析。解決以上難題在滑坡治理過程中尤為重要。故根據(jù)具體工程實例，采用多種方法確定滑帶巖土參數(shù)，為類似工程提供借鑒和指導(dǎo)。

2 工程概況

2.1 滑坡概況

某滑坡位于江坪河壩址下游右岸約3km處，滑坡體后緣自然坡度為17°～40°，前緣存在一炸藥庫（由業(yè)主選址決定）。并且滑坡前緣存在一條公路，故需要對滑坡進行治理，不僅保證前緣炸藥庫安全，而且需要保證公路穩(wěn)定通行。

經(jīng)初步調(diào)查，滑坡后緣已開裂，前緣已發(fā)生坍塌，體積約3×104m3。開裂滑坡體縱長約300m，體積約80×104m3?；麦w已滑塌周界清晰。

2.1 工程地質(zhì)條件

滑坡體下伏基巖地層為震旦系上統(tǒng)燈影組至寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組，燈影組（Zbdn）為灰?guī)r、泥灰?guī)r；筇竹寺組（∈1q）為頁巖；滄浪鋪組（∈1c）為蘭灰色泥灰?guī)r、頁巖及泥質(zhì)灰?guī)r。基巖產(chǎn)狀為N0°～20°W，SW∠20°～30°，傾向上游，上游沖溝與巖層走向組合，構(gòu)成順向坡。滑坡區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，受斷裂切割，山體顯得較為破碎、單薄，且?guī)r性較軟弱，易于風化。

滑坡體為松散的碎（塊）石夾土，滑床巖層為強風化的炭質(zhì)頁巖，為相對隔水層，地表大氣降水易于下滲并易于儲存在滑坡體內(nèi)，因此，滑帶易于飽水。

3 滑帶土參數(shù)的確定

3.1 工程類比

由于該滑坡主要為巖質(zhì)滑坡，采用GSI評判方法確定參數(shù)較為合理[2]，根據(jù)巖體的單軸

抗壓強度值，判定該滑帶土巖體 ，根據(jù)滑坡體性質(zhì)可確定常數(shù) ，故根據(jù)該工程采用GSI評分表判定其GSI值為10～15。

表1 基于GSI估算的滑帶土巖土體強度參數(shù)表

參數(shù) 滑帶土碎塊結(jié)構(gòu)

σci 0.25 0.5

mi 4 9

D 0 0

GSI 10 15

mb 0.134 0.362

S 2.6e-5 4.54E-5

a 0.619 0.585

σ3max（MPa） 0.4 0.4

c（KPa） 21 20

φ（°） 22 28

σt（MPa） 0 0

σc（MPa） 0.001 0.001

σcm（MPa） 0.011 0.025

E（MPa） 53.03 70.71

圖 1 Hoek-Brown非線性強度包絡(luò)線及Mohr-Coulomb線性擬合

根據(jù)GSI地質(zhì)評價體系確定該滑帶土巖土體變形及強度參數(shù)，該方法考慮了巖體組構(gòu)特征、地下水影響、邊坡高度變化及開挖擾動影響。綜合確定坡洪積層巖土體Mohr-Coulomb強度參數(shù)分別為： ， 。

3.2 反演分析

為驗證巖土體力學(xué)性質(zhì)的合理情及合理取值范圍，進行敏感性分析，敏感性分析按整體穩(wěn)定計算，計算斷面及滑面見圖2，計算方法采用Morgenstern-price法。參數(shù)基準為內(nèi)磨擦角為25.5°，粘聚力取27kPa。敏感性分析成果見圖3。

圖2 滑坡計算斷面圖

圖3 安全系數(shù)隨參數(shù)變化圖

假設(shè)邊坡此時穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.95、1.00、1.05三個狀態(tài)值，根據(jù)所計算安全系數(shù)得出c和phi需要滿足以下幾個條件：

Fs=0.95：

Fs=1.00：

Fs=1.05：

聯(lián)立方程組，求解矛盾方程組的最優(yōu)解。在此采用了麥夸特優(yōu)化算法（Levenberg-Marquardt） 求該組方程，所得結(jié)果為： 。

3.3 現(xiàn)場試驗

根據(jù)地質(zhì)專業(yè)根據(jù)現(xiàn)場原位測試及室內(nèi)試驗，得到參數(shù)建議值為 ，天然重度為21kN/m3，飽和重度為24 kN/m3。

3.4 參數(shù)對比及穩(wěn)定性評價

由于試驗得到的參數(shù)存在一定的誤差，在滑坡穩(wěn)定性評價過程中，應(yīng)采用多種方法進行對比分析，得到參數(shù)如表2：

表2 巖土強度指標比較

確定方法 內(nèi)摩擦角φ（°） 黏聚力c（KPa）

經(jīng)驗類比GSI 22～28 21～30

反演分析 25.1 27.6

地質(zhì)試驗參數(shù) 20.8 40.0

通過多種方法比較分析，由于該滑坡后緣已發(fā)現(xiàn)裂縫，及滑坡處于極限平衡狀態(tài)，故本次設(shè)計強度指標主要以反演分析得到的指標為準，及以 進行設(shè)計，進行分析結(jié)果見表3，

表3 穩(wěn)定性分析計算結(jié)果

工況及滑面類型 安全系數(shù) 目標安全系數(shù) 剩余下滑力（kN/m）

持久設(shè)計工況 折線形滑面 1.068 1.15 2724

圓弧形滑面 1.114 1.15 /

短暫設(shè)計工況 折線形滑面 1.028 1.10 2452

圓弧形滑面 1.096 1.10 /

偶然設(shè)計工況 折線形滑面 1.039 1.05 223

圓弧形滑面 1.082 1.05 /

4 結(jié)語

本滑坡采用持久設(shè)計工況得到的滑坡推力2724kN/m進行設(shè)計，并采用抗滑樁支護方案，有效的抑制了滑坡，并保證工程在健康運行。經(jīng)過后期的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該滑坡的發(fā)生的實際變形在設(shè)計的允許范圍之內(nèi)，說明本次設(shè)計科學(xué)、合理。

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