滑坡推力計算方法探討

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

引言

目前國內(nèi)計算滑坡推力的方法大多數(shù)采用傳遞系數(shù)法,這種方法雖然簡便,但是通常在應(yīng)用這種方法時不考慮滑面的破壞形式,實際滑面的破壞形式有單一滑面、折線型滑面、圓滑面及有錯動的分塊滑面,較為復(fù)雜[1]。而反算法將滑面分為不同的滑段,通過反算法聯(lián)立方程計算出不同段的c值、φ值,再求滑坡推力[2]。本文將著重敘述采用反算法計算滑坡推力。

一、計算方法的比較

目前實際工程中應(yīng)用最為廣泛的方法是極限平衡法,通常情況下在計算滑坡推力時將其簡化為二維問題來求解,剛體極限平衡法包括[3]：圓弧滑動分析法(瑞典圓弧法)、Bishop法、Janbu法、分塊極限平衡法、傳遞系數(shù)法等；剛體極限平衡法的代表性方法的特點各有不同，如瑞典條分法的特點是：適用于圓弧滑面滑坡體，并垂直條分滑體，計算簡單；而傳遞系數(shù)法各分塊力平衡，適用于折線型滑坡面但滑面傾角不宜過陡。

二、滑帶土的基本特征

(一)滑帶土的分段

滑帶土在滑坡體的不同位置和不同的發(fā)育階段其強度特點不同。依據(jù)滑坡體實際的受力特征將滑坡體分為三段[3-5]：牽引段、主滑段、抗滑段。在推力的作用下滑動面會沿著擠壓剪切面形成整體滑動的趨勢,當抗滑力小于滑坡推力并且整個滑動面貫通時,滑坡體沿著滑動面整體滑動。

這一過程中牽引段為主動破壞,抗滑段為被動破壞；滑體各段的受力情況使其產(chǎn)生的破壞形式不同,各段的滑動面所通過的水文地質(zhì)條件也有所區(qū)別,每段的c值、φ值就會不同。因此在計算滑坡推力的時候所用的強度指標應(yīng)該依據(jù)實驗和反算相結(jié)合，最終確定強度指標。

(二)抗剪強度指標確定的方法

目前確定抗剪強度指標值的方法主要有[3,6]：試驗法、極限平衡狀態(tài)下的反算法、工程比擬計算、工程經(jīng)驗法,以下主要介紹反算法。

反算法：根據(jù)不同的工程實際情況將滑坡體分為三種情況討論。

(1)假設(shè)滑坡體處于極限平衡的狀態(tài),其安全系數(shù)為1進行反算強度指標值。

(2)在現(xiàn)場實際的主滑地質(zhì)斷面上分析其處于的滑動階段,然后再假定一個安全系數(shù)進行反算。

(3)在實際條件較好時,取至少兩個與滑坡斷面相似的坡體,按照滑動時極限平衡的瞬間狀態(tài),安全系數(shù)取為1,然后再聯(lián)立方程組求解C、φ值。

三、反算法的計算思路

反算法的基本原理是[7,8]：將滑坡體滑動的瞬間看作極限平衡的狀態(tài),滑體整體的安全系數(shù)為1,再根據(jù)極限平衡方程求解抗剪強度值。比如可以先給出牽引段和抗滑段的強度指標值,反算主滑段的強度指標。

根據(jù)前面分析可知主滑段是滑坡體滑動的主要因素,在這一段中C、φ值應(yīng)滿足滑塊的下滑力大于抗滑力。牽引段是由于失去主滑段的支撐而失去平衡下滑,其C、φ值應(yīng)滿足下滑力等于抗滑力或者下滑力略微大于抗滑力；抗滑段處于被動破壞,它的C、φ值應(yīng)該滿足下滑力小于抗滑力。通常牽引段和抗滑段的強度指標值比主滑段的要大,根據(jù)以上所述規(guī)律可以判斷強度指標值是否合理[7-9]。

四、反算法的計算方法

(一)一個斷面的反算

對于一個斷面的情況常用傳遞系數(shù)法來計算滑坡推力[9,10]。且滑體的剪出口處的剩余下滑力等于0。根據(jù)這一條件可以利用靜力極限平衡方程計算滑坡推力。根據(jù)極限平衡方程可得:

En=En-1ψn+Wnsinαn-Wnconαntanφn-cnln=0

從公式中可以看出需要先假設(shè)其中一個強度指標值,可以根據(jù)滑帶土的工程地質(zhì)情況狀態(tài)假設(shè)值；然后反算另一強度指標。求出兩個強度指標值后,利用傳遞系數(shù)法計算滑坡推力。

(二)多斷面反算

在計算時可取滑體上多個斷面,根據(jù)極限平衡方程,聯(lián)立方程求解不同段的C、φ值。如果選取多個剖面,其中一個斷面的方程如下所示，同理其余剖面的方程也可得到[9,10]。

通過聯(lián)立多個剖面的方程,反算求解得到各段的強度指標值。此時得到的強度指標值與實際情況更加符合,代入強度指標值計算時應(yīng)考慮不同的分段區(qū)域需要對應(yīng)代入牽引段、主滑段、抗滑段的C、φ值來計算，單一滑面和多滑面的計算區(qū)別也就在此。

五、結(jié)論

滑坡推力在計算時要考慮較多的影響因素，因此很難準確估算滑坡推力大小,通過以上本文的敘述,得出以下結(jié)論：

(1)一個斷面反算求解時沒有區(qū)分不同段的土質(zhì)情況不一樣,選取多斷面反算較一個斷面反算強度指標更為準確。

(2)在反算法中,將滑坡體按照滑動面穿過的巖土體實際地質(zhì)的不同,分為三段。并選用不同的強度指標,這樣計算得到的結(jié)果更加精確。