江西省內(nèi)邊坡穩(wěn)定性初判分析

邊曉庚

(江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站)

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江西省內(nèi)邊坡穩(wěn)定性初判分析

邊曉庚

(江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站)

江西省主要發(fā)生的小規(guī)模土質(zhì)崩塌、滑坡主要受控于土體物理力學(xué)性質(zhì)、斜坡坡度、人工切坡等因素，多為降雨所誘發(fā)，其他因素相對穩(wěn)定，降雨滲入量對于崩塌、滑坡的影響亦較大。結(jié)合實(shí)例對江西省邊坡穩(wěn)定性的初判方法進(jìn)行了分析，供區(qū)內(nèi)邊坡穩(wěn)定性防治提供參考。

崩塌 滑坡 穩(wěn)定性初判

一般來說，江西省主要發(fā)生的小規(guī)模土質(zhì)崩塌、滑坡主要發(fā)生在降雨之后，由于大氣降水滲入滑坡體中，導(dǎo)致滑坡體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致斜坡發(fā)生失穩(wěn)從而產(chǎn)生滑動(dòng)[1-4]。為進(jìn)一步分析江西省崩塌、滑坡發(fā)育特征與形成條件，本研究結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)對境內(nèi)邊坡穩(wěn)定性初判方法進(jìn)行分析。

1 邊坡穩(wěn)定性初判

經(jīng)實(shí)地調(diào)查和研究分析，認(rèn)為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)(Kf)與內(nèi)摩擦角(φ)、滑體載荷(W)、滑動(dòng)面凝聚力(C)、滑面傾角(α)、地下水面與滑面的垂直深度(h)等因素密切相關(guān)，據(jù)此構(gòu)建了如下函數(shù)模型：

(1)

盡管滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法種類較多，但在計(jì)算下滑力和抗滑力時(shí)都對滑體進(jìn)行分割，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合得到該滑體的總體下滑力和抗滑力。故本研究在滑體中取寬為1 m的條塊進(jìn)行分析，該條塊的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式為

(2)

式中，W為條塊載荷，kN/m；C為內(nèi)聚力，kPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°)；L為滑帶長度，m；α為滑帶傾角，(°)；β為地下水流向，(°)；h為含水層厚度，m；γ為水的容重，kN/m3；γμ為孔隙壓力比。

式(2)中，γμ可定義為總的孔隙水壓力與總的上浮壓力之比，計(jì)算公式為

(3)

對于因降雨引發(fā)的崩滑邊坡，內(nèi)摩擦角φ與滑帶土凝聚力C一般為飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度，因此均用飽和狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算，式(1)中的變量僅有W和γμ，其變化與條塊內(nèi)的含水層厚度h變化相關(guān)?？稍O(shè)h為降雨過程前含水層厚度，Δh則為降雨過程引發(fā)的地下水位增量，計(jì)算公式為

(4)

式中，m為單位時(shí)間降雨量，mm/s；β為邊坡主斷面分水嶺至坡腳斜面長度，m；η為邊坡降雨入滲系數(shù)；k為滑體內(nèi)地下水滲透系數(shù)，m/s；I為地下水水力梯度；μ為邊坡體給水度；T為計(jì)算時(shí)間，s。

因地下水一般順坡下滲，水力梯度可近似認(rèn)為是坡面傾角α的正切值，于是式(4)可表示為

(5)

式(5)中的h值為變量，在降雨過程中含水層厚度隨時(shí)間變化而變化,故本研究設(shè)置Δh可逐小時(shí)按平均值累加計(jì)算。對某時(shí)刻降雨過程中的Δh與h進(jìn)行相加，可得到W、γμ、TD、RD值，并將該類參數(shù)代入式(2)，即可計(jì)算出該時(shí)刻的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Kf。

江西省內(nèi)的崩塌、滑坡大致有兩類：①崩滑面為松散土體與基巖接觸面，坡面傾角與滑面傾角相似；②由人工切坡引起的崩滑，崩滑面主要為松散土體內(nèi)剪切破裂面，崩滑面傾角為 40°～60°。

(1)松散土體與基巖接觸面控制的滑坡。該類型滑坡的特點(diǎn)是坡面傾角θ與滑面傾角α、地下水滲流方向角β基本相等，即γμ≈h/(2H)(圖1)，于是有：

(6)

圖1 松散土體與基巖接觸面控制的滑坡示意

(2)人工切坡導(dǎo)致的小型滑坡。該類型滑坡在計(jì)算條塊載荷時(shí)可近似地用飽和容重或天然容重與滑坡體積相乘得到(圖2)，于是有：

(7)

圖2 人工切坡導(dǎo)致的小型滑坡示意

該滑體內(nèi)通常無地下水成分，因此將降雨過程中所產(chǎn)生的含水層厚度作為h，滑帶長度L中通常相對斜坡長度B較小，故塊體上部滲流補(bǔ)給量與排泄量的計(jì)算結(jié)果近似相等，即

(8)

2 計(jì)算實(shí)例

結(jié)合江西省境內(nèi)某邊坡實(shí)測數(shù)據(jù)，經(jīng)實(shí)地調(diào)查及相關(guān)計(jì)算得出B=5 m、θ=65°、α=50°、β=20°、H=3.5 m、L=6 m、C=8 kPa、φ=15°、γ=18 kN/m3、η=0.15、μ=0.012，當(dāng)Kf=1時(shí)，經(jīng)計(jì)算得h=2 m，降雨量為160 mm。

3 結(jié) 語

分別對江西省境內(nèi)松散土體與基巖接觸面控制的滑坡、人工切坡導(dǎo)致的小型滑坡的穩(wěn)定性初判方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算分析，對于區(qū)內(nèi)滑坡穩(wěn)定性研究有一定的參考價(jià)值。

[1] 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

[2] 殷坤龍，汪 洋，唐仲華.降雨對滑坡的作用機(jī)理及動(dòng)態(tài)模擬研究[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2002(1)：75-78.

[3] 鐘蔭乾.滑坡與降雨關(guān)系及其預(yù)報(bào)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1998(4)：24-32.

[4] 李 曉.重慶地區(qū)的強(qiáng)降雨過程與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1998(3)：24-32.

2016-03-01)

邊曉庚(1967—)，男，高級工程師，330095 江西省南昌市高新區(qū)紫陽大道169號。