蝴蝶突變理論在含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性評價中的應用

摘 要：影響含軟弱夾層邊坡的穩(wěn)定性的因子有很多，建立了軟弱夾層的傾角、黏聚力、內摩擦角及厚度4個因子綜合影響下的蝴蝶突變模型，并運用綜合指標判斷邊坡的穩(wěn)定性的狀態(tài)。對16個試驗邊坡設置正交試驗對邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)進行分析研究。結果驗證蝴蝶突變模型分析方法比傳統方法更加簡單，避免了多因素分析的復雜性。采用綜合指標較直觀地判斷邊坡的穩(wěn)定性，從而補償了傳統最小安全系數法分析穩(wěn)定性的模糊不確定。蝴蝶突變模型可為類似工程提供相應參考。

關鍵詞：蝴蝶突變;軟弱夾層;正交試驗;邊坡穩(wěn)定性;綜合指標

中圖分類號：U416.1+4

文獻標識碼： A

近年來，隨著我國交通建設事業(yè)的發(fā)展，公路、鐵路的建設極其重要，而在我國西南地區(qū)這些建設要面對翻山越嶺或者復雜的地質條件，所以該地區(qū)對邊坡工程尤為重視。貴州是典型的喀斯特地貌地區(qū)，有著大量的含軟弱夾層巖質山體。近年來有大量的學者對類似的巖質體的邊坡穩(wěn)定性進行了分析研究。陳正東[1]基于三維數值模擬方法分析了邊坡開挖對含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性的影響并對邊坡的支護進行了優(yōu)化研究，分析了不同樁截面下的合理樁間距及樁間土拱效應。何忠明等[2]分析得出強降雨條件下含軟弱夾層土坡穩(wěn)定性影響因素敏感性最大的是夾層的層數。戴毅等[3-4]采用正交法對軟弱夾層影響因素的敏感性進行分析表明夾層的傾角影響較大，而夾層的厚度影響最小，并應用FLAC3D數值模擬進行炭質泥巖軟弱夾層巖質邊坡的穩(wěn)定性分析。THOM[5]提出突變理論后，一些學者開始將這種理論應用于邊坡穩(wěn)定性分析中，姜永東等[6]分析了含軟弱夾層層狀巖質邊坡建立了完善的邊坡失穩(wěn)燕尾突變模型得出邊坡穩(wěn)定性取決于邊坡巖體的內在和外界因素。劉軍等[7]建立了緩傾角層狀巖體突發(fā)失穩(wěn)的尖點突變模型分析了地下水是誘發(fā)巖體失穩(wěn)定的主要因素。劉文方等[8]對含一層和多層軟弱夾層的巖體建立突變模型分析的邊坡邊坡失穩(wěn)中突跳特性。魏龍生[9]建立了含單層軟弱夾層的燕尾型突變模型，根據邊坡勢函數形式的變化來研究邊坡在滑坡演化過程中的突跳特性。宋鑫華[10]等通過分析影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素建立蝴蝶突變模型從而分析邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

突變理論可以分析復雜邊坡的穩(wěn)定性及其影響因素的敏感性，可以很大程度上為工程提供支持。本文基于蝴蝶突變理論對含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性進行分析判斷。

1 基本原理

初等突變理論模型[11]有7個基本突變分別是：折疊型突變、尖點型突變、燕尾型突變、蝴蝶型突變、雙曲型臍點、橢圓型臍點和拋物型臍點。

2 工程算例

對某一含軟弱夾層邊坡，計算模型見圖1，并按照表1中的參數進行試驗?？紤]軟弱夾層的夾層傾角α、夾層黏聚力c、夾層內摩擦角φ和夾層厚度D，采用L16（45）正交試驗設計表格及其結果見表1。計算每個樣本的綜合指標S并分析其與安全系數F之間的關系，用綜合指標來判斷邊坡的穩(wěn)定性。

3 工程實例

某市南環(huán)路與黔西路交叉口至高速公路收費站道路工程，該道路邊坡為含軟弱夾層巖質邊坡。邊坡傾角為45°，夾層距邊坡坡腳5 m，由于強降雨改邊坡發(fā)生部分坍塌，對邊坡進行監(jiān)控量測。應用MIDAS/GTS計算邊坡的最小安全系數見表3。

從表3可以得知，邊坡的安全系數都大于邊坡安全穩(wěn)定系數1.25，可知邊坡處于穩(wěn)定的狀態(tài)。而根據本文蝴蝶突變理論計算出的綜合指標S趨于直線，綜合指標的接近于0.9，說明處于穩(wěn)定狀態(tài)。這和采用軟件計算出的結果相吻合。然而采用蝴蝶突變理論計算簡單優(yōu)于傳統的軟件計算，突出蝴蝶突變理論的優(yōu)點。

4 結論

（1）基于蝴蝶突變理論，根據軟弱夾層的傾角、黏聚力、內摩擦角及厚度，求得綜合指標來分析邊坡的穩(wěn)定性，從而補償了傳統最小安全系數法分析穩(wěn)定性的模糊不確定，可為類似的工程提供相應的參考。建立蝴蝶突變模型優(yōu)于傳統的邊坡分析方式，大大減少了影響邊坡因子的個數，可以較合理的分析邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。對于影響含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性的因子有很多，本文只對上述4個因子進行分析，要對多因子進行分析需進一步考慮研究。

（2）以工程驗證應用蝴蝶突變理論對含軟弱夾層邊坡進行穩(wěn)定性評價可以較好地分析，具有一定的工程實用價值。

參考文獻：

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（責任編輯：于慧梅）