銅川～黃陵公路沿線滑坡穩(wěn)定性研究

孫明祥

(江門市勘測(cè)院有限公司，廣東 江門　529000)

1　緒　論

滑坡是巖土變形中規(guī)模大、數(shù)量多、危害嚴(yán)重、性質(zhì)比較復(fù)雜且具有一定規(guī)律的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。它同崩塌、泥石流一樣是山區(qū)常見的自然災(zāi)害?；率侵冈谝欢ㄗ匀粭l件下斜坡部分巖土，在重力作用下，由于自然及人為等因素的影響，沿著一定的軟弱面或帶整體、緩慢(有時(shí)也是急劇)的以水平位移為主的變形現(xiàn)象。斜坡的這種變形現(xiàn)象，輕則損壞建筑和生活設(shè)施；重則掩埋村鎮(zhèn)、摧毀廠礦、中斷交通、堵塞江河、破壞農(nóng)田等，常給國(guó)家建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。全國(guó)約有1/3的滑坡災(zāi)害發(fā)生于黃土地區(qū)[1]，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅陜西省就已經(jīng)發(fā)生黃土滑坡 1 131處[2，3，4]。表1列舉了我國(guó)陜西地區(qū)較大滑坡災(zāi)害的實(shí)例，從中可看出其危害的嚴(yán)重性，所以，把滑坡作為一個(gè)工程地質(zhì)問題和自然災(zāi)害來研究，其學(xué)術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義是十分顯著的。

我國(guó)陜西地區(qū)較大滑坡災(zāi)害的實(shí)例[5]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

2　研究區(qū)的滑坡災(zāi)害

本文以陜北地區(qū)銅川～黃陵段(以下簡(jiǎn)稱“銅黃段”)公路沿線滑坡作為研究對(duì)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)銅黃段公路穿越古滑坡約20處，滑坡段路線長(zhǎng)度約 9 km，占路線全長(zhǎng)9%。銅黃段30處工程滑坡，除6處小規(guī)?；峦?，其余各處均進(jìn)行了詳細(xì)工程地質(zhì)勘查工作。針對(duì)各個(gè)滑坡不同的形成機(jī)制和自身特點(diǎn)，均提出具有針對(duì)性的治理方案。治理措施中采用了抗滑擋墻、滲溝、抗滑樁、錨索抗滑樁、錨索框架梁、錨索肋板等抗滑措施，以及預(yù)應(yīng)力錨桿、與噴射混凝土、混凝土板聯(lián)合等其他工程措施。

由此可見，滑坡給人類活動(dòng)的各個(gè)方面造成的損失是極為嚴(yán)重的。隨著人們對(duì)這一不良自然地質(zhì)現(xiàn)象的規(guī)律性認(rèn)識(shí)逐漸深化，治理滑坡災(zāi)害的能力也在不斷提高。近30年來，我國(guó)和其他國(guó)家一樣，在防災(zāi)害方面做了大量工作，取得許多成功經(jīng)驗(yàn)，也吸取了許多失敗的教訓(xùn)。但是經(jīng)濟(jì)開發(fā)和人類活動(dòng)的要求相比，滑坡所造成的損失并不能完全加以控制。對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的滑坡，其作用機(jī)理的研究、預(yù)防和控制滑坡產(chǎn)生的研究，都還處于不成熟的定性階段，至于定量的研究成果更少。

為了防患未然，最大限度地避免或減少滑坡災(zāi)害給人類活動(dòng)和生命財(cái)產(chǎn)造成的損失，必須加強(qiáng)滑坡從定性到定量的研究，探索不同類型滑坡的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，有效地預(yù)防和控制滑坡的產(chǎn)生，并做好滑坡整治和養(yǎng)護(hù)工作。

3　滑坡分布規(guī)律及類型

滑坡，作為一種自然或工程地質(zhì)現(xiàn)象，和其他事物一樣，有其發(fā)生、發(fā)展和消亡的完整過程。從不同的角度，不同的目的和其受力狀態(tài)分類的方法也是不同的，不同的受力模式和狀態(tài)，表現(xiàn)出不同的變形形跡，認(rèn)識(shí)了這一點(diǎn)，就可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的形跡調(diào)查，判斷出滑坡的性質(zhì)、發(fā)育階段和穩(wěn)定狀態(tài)。由于滑坡種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，為了便于研究和防治，國(guó)外一些學(xué)者提出不同的分類方案，這些分類方案不盡適合我國(guó)黃土地區(qū)滑坡的實(shí)際情況。

本文根據(jù)多年實(shí)際滑坡的調(diào)查資料，根據(jù)各類滑坡的特征及發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，將其劃分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土-基巖接觸面滑坡和混合型滑坡3種基本類型，如表2所示。

滑坡分類表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

圖1　馮家河地質(zhì)剖面圖

圖2　陜西藍(lán)田任家灣黃土接觸面滑坡剖面圖

圖3　甘肅永靖黑方臺(tái)混合型滑坡剖面圖

4　典型滑坡實(shí)例穩(wěn)定性及可靠性計(jì)算

滑坡穩(wěn)定性判斷是防治滑坡的關(guān)鍵問題之一，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)和工程技術(shù)人員曾對(duì)此進(jìn)行過大量的調(diào)查研究?；诨率且缘刭|(zhì)為基礎(chǔ)的巖土力學(xué)問題，我們根據(jù)長(zhǎng)期的研究、實(shí)踐將判定滑坡穩(wěn)定性的方法歸納為以下幾個(gè)方面：即地貌形態(tài)演變、地質(zhì)條件對(duì)比、滑動(dòng)因素變動(dòng)、滑動(dòng)跡象及其發(fā)展、山體平衡核算、滑坡穩(wěn)定性計(jì)算、坡腳(基底)應(yīng)力與巖土強(qiáng)度對(duì)比、結(jié)構(gòu)物及巖土強(qiáng)度比擬計(jì)算，統(tǒng)稱為工程地質(zhì)比擬法。前四個(gè)方面是通過自然條件和作用因素及其變化的對(duì)比判斷滑坡的穩(wěn)定性，后四個(gè)方面則是用各種力學(xué)方法計(jì)算出滑坡穩(wěn)定性在數(shù)量上的界限，每一方面都可以單獨(dú)使用。本文以川口滑坡破壞概率計(jì)算為例，采用傳遞系數(shù)法，作為計(jì)算穩(wěn)定性及可靠度的模型，建立極限狀態(tài)方程。本次模擬擬定N=5 000。根據(jù)N個(gè)穩(wěn)定系數(shù)值，統(tǒng)計(jì)出穩(wěn)定系數(shù)z≤1的樣本數(shù)，利用公式估算其破壞概率Pf=42.45%。取置信度a=0.05，結(jié)合函數(shù)關(guān)系，當(dāng)取c為正態(tài)分布，φ為正態(tài)分布時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)的概率分布近似符合正態(tài)分布函數(shù)，如圖4所示；破壞概率也是隨機(jī)變量c、φ的函數(shù)，與穩(wěn)定系數(shù)z一樣，當(dāng)N足夠大時(shí)，也近似符合正態(tài)分布函數(shù)。因此，對(duì)破壞概率的均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行置信度為0.05的區(qū)間估計(jì)。隨著模擬次數(shù)的增大，無論是采用均值估計(jì)還是標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)，其區(qū)間寬度均隨模擬次數(shù)的增加而呈減小的趨勢(shì)，波動(dòng)趨于穩(wěn)定，隨著N的增加，趨勢(shì)趨于收斂，精度將提高。將模擬次數(shù)和破壞概率繪制如圖5所示。由圖可見，隨著模擬次數(shù)N的增大，破壞概率逐漸趨于平緩穩(wěn)定，當(dāng)N小于4000時(shí)破壞概率波動(dòng)較大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)N大于4 000時(shí)，破壞概率變化不大，逐漸趨于穩(wěn)定，故本文選擇N=5 000是合理的。

圖4　川口滑坡穩(wěn)定系數(shù)頻數(shù)分布直方圖

圖5　模擬次數(shù)N的變化

在川口滑坡以反復(fù)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算得穩(wěn)定系數(shù)為1.011時(shí)，為極限狀態(tài)，有近42%的破壞可能性。按傳統(tǒng)的定值方法判斷，該滑坡穩(wěn)定性較差，依據(jù)破壞概率的大小可以將滑坡分5個(gè)等級(jí)[6]，如表3所示，屬于中等危險(xiǎn)。而采用飽和快剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算得穩(wěn)定系數(shù)為1.62，破壞概率僅5%，為極低危險(xiǎn)滑坡。由此可見，即使采用破壞概率判別標(biāo)準(zhǔn)，參數(shù)的確定仍然非常重要。

破壞概率判別　　　　　　　　　　　表3

由計(jì)算分析知，當(dāng)不考慮滑帶土強(qiáng)度參數(shù)的變異性時(shí)，用定值方法計(jì)算出的滑坡剖面的穩(wěn)定系數(shù)為1.011，滑坡為不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)采用可靠性分析時(shí)，滑坡是基本穩(wěn)定的。當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)一定時(shí)，破壞概率的值與極限狀態(tài)方程的各參數(shù)密切相關(guān)。如果各參數(shù)發(fā)生變化，則破壞概率也將變化。下面研究川口滑坡剖面，主要討論黃土滑坡滑帶土的變異性對(duì)可靠性評(píng)價(jià)的影響。圖6為按c、φ的變異系數(shù)與破壞概率的關(guān)系點(diǎn)成圖，基本有以下特點(diǎn)：

圖6　變異系數(shù)和破壞概率的關(guān)系

(1)隨著變異系數(shù)的增大，破壞概率也隨之增大，φ的變異系數(shù)不變，而c的變異系數(shù)變化時(shí)，破壞概率隨穩(wěn)定系數(shù)變化較小，當(dāng)c的變異系數(shù)不變而φ的變異系數(shù)變化時(shí)，破壞概率隨穩(wěn)定系數(shù)的均值變化較大。

(2)當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)接近于1時(shí)，破壞概率在50%左右，且隨參數(shù)變異系數(shù)的變化破壞概率變化幅度較小。根據(jù)袁曉蕾[7]討論結(jié)果，當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)增大，參數(shù)變異系數(shù)的變化對(duì)破壞概率的影響極其顯著。但穩(wěn)定系數(shù)極大時(shí)，參數(shù)變異系數(shù)的變化對(duì)破壞概率的影響又較低。

5　結(jié)　論

(1)通過對(duì)大量滑坡調(diào)查及前人資料歸納總結(jié)的結(jié)果表明，黃土滑坡給人類生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大危害，因此由黃土滑坡引起的工程地質(zhì)問題必須得到重視并且提出合理的治理措施。

(2)通過對(duì)滑坡調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，黃土滑坡的空間分布體現(xiàn)了其在宏觀分布上的成群性和成帶性分布的特點(diǎn)；根據(jù)黃土滑坡受力模式、受力形態(tài)和變形形跡將黃土滑坡分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土-基巖接觸面滑坡和混合型滑坡3種類型。

(3)建立了基于傳遞系數(shù)法的滑坡可靠性分析模型，以川口滑坡為例，對(duì)其可靠性的規(guī)律進(jìn)行了探討，得出了土性參數(shù)的變異性、穩(wěn)定系數(shù)和破壞概率是有內(nèi)在聯(lián)系的，模擬次數(shù)越大，計(jì)算的破壞概率精度越高；隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)對(duì)破壞概率計(jì)算的影響是明顯的，破壞概率對(duì)滑帶土的強(qiáng)度取值較敏感。

(4)本文對(duì)滑坡穩(wěn)定性的研究為今后滑坡治理積累經(jīng)驗(yàn)和進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，并解決了滑坡治理設(shè)計(jì)參數(shù)選定的難題。