強度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析
——以尾礦庫右岸壩肩邊坡為例

韓 露，苗力川

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201）

邊坡穩(wěn)定性分析是一直以來都是巖土工程領(lǐng)域研究的重要問題，邊坡穩(wěn)定分析也是邊坡設(shè)計的前提條件。目前，在工程運用中，強度折減法已成為已經(jīng)成為了比較成熟的數(shù)值方法之一。

1 強度折減法的原理

早在1975年，Zienkiewicz等人就提出抗剪強度折減系數(shù)的概念，與后來Bishop提出的穩(wěn)定安全系數(shù)含義一樣，安全系數(shù)定義為邊坡整個滑移面的抗剪強度與實際抗剪強的比值[1,2]，利用強度折減法進行邊坡穩(wěn)定性分析計算時，通常是采用強度折減法來實現(xiàn)。首先選取初始折減系數(shù)Fs，然后對邊坡土體材料強度系數(shù)進行折減，折減后黏聚力以及內(nèi)摩擦角分別為式①和式②。

c和φ為邊坡土體的初始黏聚力和內(nèi)摩擦角。

2 判斷邊坡失穩(wěn)的依據(jù)

目前，判斷土坡達(dá)到臨界破壞的評價標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：①以數(shù)值計算是否收斂作為評價標(biāo)準(zhǔn)。②以選取特征點的位移是否發(fā)生突變作為評價標(biāo)準(zhǔn)。③以是否形成連續(xù)的塑性貫通區(qū)域最為評價標(biāo)準(zhǔn)[3，4]。

3 邊坡形成原因及穩(wěn)定性分析

（1）形成原因。該庫右岸壩肩山體由于周邊農(nóng)民私挖濫采形成深坑，后又作為采礦棄渣場地，隨意堆填，大多數(shù)沒有進行過處理。棄渣的無序堆填，形成了高度不一的廢石土邊坡。邊坡從幾米到幾十米不等，局部地段高達(dá)幾十米?；靥顝U石土局部地段處于堆積子壩右壩肩部位，對右壩肩邊坡和堆積壩壩體的穩(wěn)定性影響較大。

（2）邊坡穩(wěn)定性分析。工程邊坡的穩(wěn)定對工程的建設(shè)與運行有著極其重要的影響，在對問題邊坡進行治理前，邊坡的穩(wěn)定性分析是必不可少的一項工作。本次分析依據(jù)現(xiàn)狀地形圖選取了一個典型剖面1-1進行廢石土邊坡的穩(wěn)定性分析。由于此處廢石土堆積體的滑坡會沖擊壩體，形成連鎖反應(yīng)，因此該處廢石土堆積體的穩(wěn)定性與壩體同等重要。

該廢石土邊坡上部為棄渣填土，下部為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，邊坡模型材料參數(shù)見表1。

表1 模型材料參數(shù)表

計算模型及網(wǎng)格劃分見圖1、圖2，模型共劃分為2709個節(jié)點，1298個單元。在進行穩(wěn)定性分析時，折減系數(shù)Fs由1.0逐漸增大到1.33時計算結(jié)果開始出現(xiàn)不收斂，若此時以數(shù)值計算是否收斂作為評價標(biāo)準(zhǔn)，折減系數(shù)1.33即為該邊坡的安全系數(shù)。

圖1 計算模型

圖2 網(wǎng)格劃分圖

圖3 網(wǎng)格變形圖

圖4 Fs=1.33時整體方向位移云圖

圖5 Fs=1.33時塑性應(yīng)變云圖

從圖4整體方向的位移云圖可以看出，最大位移為1.72487，頂部位移最為明顯。此時，由圖5可以看出Fs=1.33時開始出現(xiàn)求解不收斂，塑性區(qū)貫通至坡頂，此時可以判定邊坡已破壞。值得一提的是在此邊坡中，若以是否形成塑性貫通區(qū)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，則通過計算，在Fs=1.2～1.33時，塑性區(qū)已基本從坡腳位置貫通道坡頂?shù)藭r計算正常進行，不能作為評價的唯一指標(biāo)。所以綜上分析該邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)在1.2～1.34之間。通過查閱《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）,可知該廢石土邊坡的安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。由此可確定該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要對該邊坡進行相應(yīng)處理措施，使其達(dá)到安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

采用強度折減法，利用ansys計算分析得到該邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，結(jié)果表明：

（1）通過強度折減法來驗證邊坡穩(wěn)定性是可行的，可信的。該邊坡通過調(diào)整折減系數(shù)到Fs=1.34時計算不收斂，塑性區(qū)也從坡腳位置貫通至坡頂，可判定為發(fā)生。

（2）針對該邊坡建議治理方案為削坡，放緩邊坡角，并對右壩肩采空區(qū)進行回填。