某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

陳冬華

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北承德　067000)

某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

陳冬華

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北承德067000)

摘要:以南票某邊坡為研究對(duì)象，采用傳遞系數(shù)法，對(duì)天然狀態(tài)下、暴雨?duì)顟B(tài)下和地震狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明:邊坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.470;在暴雨工況下安全系數(shù)為1.293，在地震工況下，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)與天然工況下的相差很小，該邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞:邊坡，傳遞系數(shù)法，安全系數(shù)，穩(wěn)定性

1　工程概況

某邊坡工程位于遼寧省葫蘆島市南票區(qū)，為人工開(kāi)挖的巖質(zhì)邊坡。在其北側(cè)，為一開(kāi)挖的階梯邊坡，坡高約為40 m，坡長(zhǎng)約為238 m。邊坡呈東西走向，標(biāo)高在138.32 m～177.55 m之間，相對(duì)高差約40 m，坡角約為47°，在距坡腳約7 m處有3棟6層居民樓，建筑物相對(duì)稀疏;地質(zhì)條件多為基性巖(鞍山巖、玄武巖)灰?guī)r質(zhì)低山，形成棱狀、尖頂狀山峰。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及地質(zhì)勘察資料知，該場(chǎng)區(qū)的地層特征自上而下依次描述如下:第一層:土夾塊石碎石層或塊石碎石夾土層，物質(zhì)為黃色粘土夾泥灰?guī)r塊石碎石。第二層:略具有層序的破裂塊體層，物質(zhì)多為褐紅色泥灰?guī)r體。第三層:黃色的泥灰?guī)r、鈣質(zhì)頁(yè)巖及灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖塊石層。該場(chǎng)區(qū)巖層主要以其為主。該場(chǎng)區(qū)巖質(zhì)邊坡潛在滑坡體厚度變化不大，邊坡坡面較風(fēng)化，局部節(jié)理裂隙較為發(fā)育(見(jiàn)圖1)。

2　邊坡穩(wěn)定理論分析

2.1極限平衡法

傳遞系數(shù)法也稱(chēng)不平衡推力傳遞法或剩余推力法。由于該法計(jì)算簡(jiǎn)單，并且能夠?yàn)榛轮卫硖峁┰O(shè)計(jì)推力，在國(guó)家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范中都將其列為推薦的計(jì)算方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和對(duì)該巖質(zhì)邊坡工程的工程地質(zhì)資料的綜合分析，以可能發(fā)生滑坡的特征斷面為研究對(duì)象，其潛在滑動(dòng)面呈非圓弧形。查閱《邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，并進(jìn)行工程類(lèi)比，選擇最適合該邊坡的傳遞系數(shù)法來(lái)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

2.2計(jì)算工況

考慮到影響邊坡穩(wěn)定的因素諸多，此次從客觀因素的影響角度來(lái)對(duì)該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。邊坡在天然狀態(tài)、暴雨和地震等條件下分別受到自重、水壓力、地震作用力的影響，其中暴雨對(duì)邊坡的影響表現(xiàn)為改變了邊坡巖體的含水量，從而改變邊坡和滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而影響邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)邊坡在不同條件下，確定3種典型的工況來(lái)分析其穩(wěn)定性。該邊坡工程安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)，選取如下:Ⅰ工況，天然狀態(tài);Ⅱ工況，暴雨?duì)顟B(tài);Ⅲ工況，地震狀態(tài)。根據(jù)已有的工程地質(zhì)資料和巖石物理力學(xué)試驗(yàn)綜合分析，該場(chǎng)區(qū)內(nèi)邊坡巖體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值為:天然狀態(tài)下，巖體的物理力學(xué)參數(shù):γ= 22.6 kN/m3，c = 1.8 MPa，φ= 21.5°。飽和狀態(tài)下，巖體的物理力學(xué)參數(shù):γ= 23.4 kN/m3，c = 1.36 MPa，φ=19.2°。

1)天然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。天然狀態(tài)下，只考慮邊坡巖土體自重，則條塊的下滑力為:

抗滑力為:

邊坡的特征剖面在天然狀態(tài)下的滑體計(jì)算分塊如圖2所示，其計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1　邊坡效果圖

圖2　剖面計(jì)算圖

表1　天然狀態(tài)剖面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式可得:

2)暴雨?duì)顟B(tài)下邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。由于雨季有大量的降水，降水形成的地表水滲入坡體，不僅增加了上覆巖體的重量，導(dǎo)致坡體的下滑力增大，而且滲水對(duì)潛在的滑動(dòng)帶產(chǎn)生浸濕和潤(rùn)滑作用，使得滑帶巖體的含水量增大，孔隙水壓力增加，有效強(qiáng)度明顯降低，導(dǎo)致抗滑力大大減小，從而影響邊坡的穩(wěn)定。在考慮水的滲流作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響時(shí)，通常按靜水壓力和動(dòng)水壓力兩種模式來(lái)考慮，前者采用水土合算，后者采用水土分算，這兩種方法是等效的。此處采用水土合算的靜水壓力方法來(lái)計(jì)算條塊邊界上的水壓力。

邊坡的特征剖面在暴雨?duì)顟B(tài)下滑體計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　暴雨?duì)顟B(tài)剖面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式可得:

3)地震作用下邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。地震對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響表現(xiàn)在邊坡巖體上附加作用一個(gè)隨時(shí)間變化的加速度，因而產(chǎn)生隨時(shí)間變化的慣性力。其中水平慣性力是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。水平慣性力:

其中，Ke為地震系數(shù)，是水平地震系數(shù)KH與綜合地震影響系數(shù)(一般取0.25)的乘積。

由該區(qū)的抗震設(shè)計(jì)烈度為6度可知，水平地震系數(shù)為0.05，則地震系數(shù)Ke=0.012 5。把地震力施加到每個(gè)條塊上時(shí)，對(duì)條塊的受力影響很小。在對(duì)該區(qū)的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，計(jì)算得到安全系數(shù)與天然工況下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)相當(dāng)，均大于1.25，在安全范圍之內(nèi)且有較大的安全儲(chǔ)備，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。故可以不考慮地震作用對(duì)該區(qū)邊坡的穩(wěn)定性影響。

3　結(jié)語(yǔ)

以上主要用傳統(tǒng)的極限平衡法對(duì)該區(qū)邊坡在天然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)和地震作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，根據(jù)分析結(jié)果，可以得到如下有關(guān)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題的評(píng)價(jià)結(jié)論:

1)邊坡在天然狀態(tài)下特征剖面穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.470，邊坡有較高的安全系數(shù)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2)在暴雨工況下，受巖體浸水的影響，巖體的粘聚力和內(nèi)摩擦角有所降低，邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)也有所降低，但仍然有較高的穩(wěn)定性安全系數(shù)，特征剖面的安全系數(shù)為1.293，該邊坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3)由于該區(qū)的抗震設(shè)計(jì)烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，地震系數(shù)ke=0.012 5，對(duì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算影響甚微。在地震工況下，計(jì)算得到的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)與天然工況下的相差很小，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

A rock slope stability analysis

Chen Donghua
( 514 Brigade of North China Geological Exploration Bureau，Chengde 067000，China)

Abstract:Nanpiao a certain slope as the research object，using transfer coefficient method of natural condition，storm conditions of slope stability and seismic conditions are analyzed.Study shows that the slope in natural state stability safety coefficient is 1.470，in heavy rain conditions，the safety coefficient is 1.293，the earthquake condition，calculate the slope stability safety coefficient and natural condition difference is very small.Therefore，the slope is in steady state.

Key words:slope，transfer coefficient method，safety factor，stability

作者簡(jiǎn)介:陳冬華(1979-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-08

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0087-02

中圖分類(lèi)號(hào):TU457

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A