淺析反演法計(jì)算滑帶土抗剪強(qiáng)度時反演參數(shù)的取值方法

汪宇

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610072）

1 概述

反演法是先判斷滑坡的平衡狀態(tài)，利用假定滑坡穩(wěn)定系K，反算確定滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度值（粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ）的一種方法?；路€(wěn)定性評價中，滑帶土抗剪強(qiáng)度取值大小對滑坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。工程中一般根據(jù)采樣試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)類比、反演試算等多種方法綜合確定。反演法計(jì)算公式包含的參數(shù)有滑坡形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)（如滑面傾角）、滑帶土c、φ值試算參數(shù)、滑坡穩(wěn)定性系數(shù)假定值F等?；碌钠胶鉅顟B(tài)不同，其反演時的參數(shù)取值也不同。文章以判斷滑坡平衡狀態(tài)為基礎(chǔ)，分析了不同穩(wěn)定性狀態(tài)下反演法的適用條件，并列舉工程實(shí)例闡述了利用反演法計(jì)算滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度大小時反演參數(shù)的具體取值方法。

2 滑坡的平衡狀態(tài)

滑坡出現(xiàn)變形后，可能會演化為三種基本平衡狀態(tài)：穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)、欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)和不穩(wěn)定（已整體滑動）狀態(tài)。穩(wěn)定或基本穩(wěn)定表明滑坡出現(xiàn)初次變形后，滑坡變形跡象逐漸削弱，滑坡趨于穩(wěn)定狀態(tài)；欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)表現(xiàn)為滑坡尚未出現(xiàn)整體滑動，但仍然處于持續(xù)蠕滑變形狀態(tài)。隨著時間推移的變形不斷加大，穩(wěn)定性逐漸降低，最后可能演變?yōu)榛抡w滑動；不穩(wěn)定狀態(tài)即指滑坡已產(chǎn)生整體滑動，滑動后滑坡勢能削弱，完整性降低，滑動后滑坡穩(wěn)定性相對較滑動前更穩(wěn)定。

3 反演法的適用條件及參數(shù)取值方法

3.1 反演法計(jì)算公式及適用條件

反演法是指在分析滑坡變形特征、平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，初步判斷滑坡的穩(wěn)定性，依據(jù)穩(wěn)定性假定滑坡穩(wěn)定系K，通過給定滑帶土粘聚力c值或內(nèi)摩擦角φ值，反算另一值的滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法[1]。其反演法計(jì)算公式如下：

給定內(nèi)摩擦角φ值，反算其c值，公式如下：

給定一個c值，反算φ值，公式如下：

式中：F-穩(wěn)定系數(shù)；

Wi-第i塊體重量(KN/m)；

αi-第i塊段滑動傾角(°)；

φ-滑帶土內(nèi)摩擦角(°)；

L-滑面總長(m)。

反演法的關(guān)鍵在于滑坡穩(wěn)定性系數(shù)F的確定，而F值的確定又與滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)密切相關(guān)。一般當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)時，F(xiàn)可取1.00 -1.02 之間的值；當(dāng)滑坡處于極限平衡狀態(tài)時，F(xiàn)可取1.00；當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，應(yīng)將滑動后的滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前狀態(tài)后，再按極限平衡狀態(tài)F可取0.98 -1.00 之間的值。

當(dāng)滑坡處于穩(wěn)定（基本）穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡變形跡象不明顯，不能有效判斷滑坡穩(wěn)定性系數(shù)區(qū)間取值，因此不適宜采用反演法。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡形態(tài)基本未發(fā)生較大變化，滑坡勢能尚未衰減，滑坡處于持續(xù)變形過程，此時可根據(jù)滑坡變形程度、滑坡的勢能、動能狀態(tài)，可假定滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)區(qū)間在1.00 -1.02 之間；當(dāng)滑坡變形跡象非常明顯，處于極限平衡時，可假定滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.00 來反演計(jì)算滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，說明滑坡已出現(xiàn)整體滑動，滑坡勢能已大部分釋放，此時就不能按滑動后的滑坡形態(tài)及滑動面進(jìn)行滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演，而是應(yīng)先將滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前的形態(tài)，通過恢復(fù)后的滑坡形態(tài)，按極限平衡狀態(tài)F可取0.98 -1.00 來反演滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

不同的滑坡平衡狀態(tài)，決定了反演法的適用條件，其反演法計(jì)算參數(shù)的取值方法不同。對于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的滑坡，不宜采用反演法；對于欠穩(wěn)定處于極限平衡的滑坡，適宜采用反演法；對于已參數(shù)滑動處于不穩(wěn)定的滑坡，需要恢復(fù)滑坡滑動前的形態(tài)后，可采用極限平衡狀態(tài)下反演法進(jìn)行計(jì)算滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

3.2 不同平衡狀態(tài)下反演參數(shù)的選取方法

反演法涉及的參數(shù)包括滑帶土反演試算值c、φ、穩(wěn)定性系數(shù)反演假定值F以及滑體重度、滑面傾角、滑面長度等基本參數(shù)。其中滑帶土反演試算值c、φ、穩(wěn)定性系數(shù)反演假定值F三個參數(shù)與滑坡所處的平衡狀態(tài)密切相關(guān)，滑坡平衡狀態(tài)不同，參數(shù)取值方法和大小亦不同。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)時，反演試算值c、φ應(yīng)在室內(nèi)試驗(yàn)快剪與殘余值間折減選取，F(xiàn)值應(yīng)在1.00 -1.02 之間選取，其他參數(shù)可通過滑坡計(jì)算剖面直接從計(jì)算機(jī)讀取。

當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡已剪切破壞，反演試算值c、φ應(yīng)從室內(nèi)試驗(yàn)殘余值中選取，F(xiàn)值應(yīng)在0.98 -1.00 之間選取，其他參數(shù)應(yīng)在恢復(fù)滑坡滑動前剖面形態(tài)后直接從計(jì)算機(jī)讀取。

實(shí)際工程中，c、φ試算值應(yīng)依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)值、經(jīng)驗(yàn)值、反算值及試算工況等綜合確定。

4 工程應(yīng)用

本文以某滑坡的勘查成果為例，具體分析反演法在滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算中的應(yīng)用。

4.1 計(jì)算模型

該滑坡變形表現(xiàn)為前緣垮塌、溜滑，中部及后緣形成裂縫，滑坡在地震力的作用下已形多條成貫通性裂縫，滑坡變形跡象明顯。通過現(xiàn)狀分析，滑坡整體形態(tài)未改變，滑坡勢能未明顯削弱，結(jié)合滑坡變形可初步判斷滑坡處于持續(xù)變形階段，可按極限平衡狀態(tài)確定穩(wěn)定性系數(shù)取值。計(jì)算剖面見圖1。

圖1

4.2 計(jì)算參數(shù)

4.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

滑坡基本參數(shù)如滑塊面積、滑面傾角、滑面長度等直接在計(jì)算機(jī)上讀取。室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 滑坡滑帶土室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4.2.2 參數(shù)選取

c、φ試算值：該滑坡未出現(xiàn)整體滑動跡象，滑動面未貫通，因此試算值應(yīng)在室內(nèi)試驗(yàn)的快剪與殘余值間折減選取。根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，飽和工況下滑坡滑帶土的凝聚力范圍值為29～75kPa，平均值為40.8 kPa；內(nèi)摩擦角范圍值為11～19°，平均值為13.4°。反算參照試驗(yàn)值范圍取值，c取26-32kpa，φ取17-22°。

穩(wěn)定性系數(shù)F假定值：目前滑坡形態(tài)整體未改變，滑坡勢能未明顯削弱，滑動面尚未貫通，結(jié)合滑坡變形可初步判斷滑坡處于極限平衡狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)可取F=1.00。

4.3 計(jì)算方法及結(jié)果

計(jì)算方法采用試算法，即在擬定的取值范圍內(nèi)，先以最大的c值（或φ值）固定，然后以每次降低1kpa（或1°）的幅度逐一代入公式（1）、（2）中，反算出對應(yīng)的F反值，然后以反算得到的F反值與根據(jù)滑坡平衡狀態(tài)假定的F取值進(jìn)行對比，當(dāng)F反=F時，此時所對應(yīng)的c值和φ值即是反算取值。

如表2，先取c=32kpa，然后分別取φ=22°、21°、20°……分別計(jì)算得到F反=1.19 、1.14 、1.10 ……，以此類推直到全部試算值計(jì)算結(jié)束。反算結(jié)果見表2。

表2 滑帶土抗剪強(qiáng)度c、φ值反算過程表

根據(jù)表2可以看出，當(dāng)c=30kPa、φ=18°或c=26kPa、φ=19°時，其反算得到的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算值F反=1.00 與反演狀態(tài)下F假定值1.00 相等，此時對應(yīng)的c、φ值即為滑帶土抗剪強(qiáng)度反算值。對比兩組數(shù)據(jù)，因室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)c值比φ值的大得多，綜合確定反算參數(shù)取c=30kPa、φ=18°。

5 結(jié)論

反演法適用于可以直觀判斷出滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)，能假定穩(wěn)定性系數(shù)取值，處于欠穩(wěn)定或跡象平衡狀態(tài)的滑坡；反演法不適用于滑坡變形跡象不明顯，滑坡處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡。當(dāng)滑坡已發(fā)生整體滑動，采用反演法須將滑坡形態(tài)恢復(fù)至滑動前再取參數(shù)計(jì)算。

當(dāng)滑坡處于欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)時，反演試算值c、φ應(yīng)在室內(nèi)試驗(yàn)快剪與殘余值間折減選取，F(xiàn)值應(yīng)在1.00 -1.02 之間選?。划?dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，滑坡已剪切破壞，反演試算值c、φ應(yīng)從試驗(yàn)殘余值中選取，F(xiàn)值應(yīng)在0.98 -1.00 之間選取。