淺談滑坡穩(wěn)定性分析方法

陳杰強(qiáng)

摘要：隨著各種工程建設(shè)，生態(tài)環(huán)境遭到不同程度破壞，滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率越來越高，造成人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失不容小覷。本文通過對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的致災(zāi)因素進(jìn)行了分析，闡述了各種滑坡誘發(fā)因素對滑坡體穩(wěn)定性的影響，概括了常用的幾種滑坡體穩(wěn)定性分析方法，為滑坡治理提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滑坡；滑坡體；穩(wěn)定性分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種大型工程的施工以及農(nóng)村大量削坡建房等，各地滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率越來越高，造成了大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，例如“12.20”深圳市光明新區(qū)紅坳渣土受納場重大滑坡事故，導(dǎo)致30多棟建筑物被掩埋，造成73人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8.81億[1]?；碌刭|(zhì)災(zāi)害的影響因素復(fù)雜，主要包括地質(zhì)環(huán)境條件、巖土工程特性、地形地貌特征、人類活動(dòng)以及天氣氣象等。

1.滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因分析

滑坡地質(zhì)災(zāi)害是指受地質(zhì)環(huán)境、自然外力、人類活動(dòng)等因素影響，斜（邊）坡上的巖土體沿著一定的軟弱面（帶）在重力作用下，整體或部分順坡向下滑（移）動(dòng)的坡面變形破壞現(xiàn)象或過程。通常情況下，滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因復(fù)雜，導(dǎo)致其發(fā)生的主要幾個(gè)因素如下：

1.1地質(zhì)環(huán)境條件

地質(zhì)環(huán)境條件主要包括地質(zhì)構(gòu)造、巖土特性、地形地貌等因素。（1）地質(zhì)構(gòu)造：滑坡體內(nèi)部發(fā)育的各種層面、節(jié)理、裂隙等，尤其是傾角較陡的平行或垂直邊坡的構(gòu)造面、傾角較緩順坡傾斜的構(gòu)造面較為發(fā)育時(shí)，構(gòu)成了坡體向下滑動(dòng)的條件，地表水（如降雨）等滲入構(gòu)造面及裂隙通道，容易引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害；（2）巖土特性：巖土體是構(gòu)成滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于結(jié)構(gòu)松散、抗剪強(qiáng)度低、水理性能差、抗風(fēng)化能力弱的巖土體易形成滑坡體，如松散覆蓋層、粘土、泥巖、片巖、千枚巖等軟硬強(qiáng)度相間的斜坡容易形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害；（3）地形地貌：一般來說高度大于3m、坡度大于45°的斜坡容易引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，江、河、湖、海、溝的斜坡，前緣開闊的山坡以及工程建設(shè)開挖形成的人工邊坡是容易引發(fā)滑坡的地貌。

1.2自然外力因素

自然外力會(huì)對滑坡體穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為地震、氣象水文、地表水力活動(dòng)等方面。（1）地震活動(dòng)：在地質(zhì)條件不穩(wěn)定的地區(qū)，受地殼活動(dòng)、地層結(jié)構(gòu)差異的影響，地震容易使斜坡上的巖土體突破受力極限產(chǎn)生松動(dòng)，其內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞而打破平衡狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害，比如一些地殼活動(dòng)比較頻繁或者巖溶發(fā)育的地區(qū)，當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)引起地震或者溶洞塌陷產(chǎn)生劇烈震動(dòng)時(shí)，可能會(huì)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，地震強(qiáng)度越大，發(fā)生滑坡的概率越高；（2）氣象水文：一些降雨量較大或者融雪現(xiàn)象明顯的地區(qū)，大量的地表水通過松散土層孔隙或巖石裂隙滲入巖體內(nèi)部，將增加氣容重，使表面覆蓋土層重量增加，長期的雨水浸泡容易導(dǎo)致巖土體軟化崩解，粘聚力降低，抗剪強(qiáng)度變?nèi)?，同時(shí)地表水的補(bǔ)給會(huì)使地下水水位不斷抬升，地下水的上浮力亦隨之增加，極大地影響了滑坡體的穩(wěn)定性，從而引發(fā)山體滑坡；（3）地表水力活動(dòng)：河流、湖泊、水庫等地表水體長期對堤岸邊坡進(jìn)行沖刷，不斷地改變邊坡的原有形態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)邊坡底部原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)打破受力平衡時(shí)，在重力作用下上部坡體會(huì)沿邊坡軟弱面或破裂面滑動(dòng)并引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

1.3人類活動(dòng)因素

人類活動(dòng)特別是因工程建設(shè)而形成的人工邊坡是滑坡地質(zhì)災(zāi)害的重要誘發(fā)因素。近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程對邊坡的穩(wěn)定性造成了重大影響，例如公路鐵路修建、礦山露天開采過程中對山坡坡面的開挖、坡體上部的堆載與巖體爆破形成的震動(dòng)等都會(huì)嚴(yán)重破壞邊坡穩(wěn)定性；水庫蓄水、泄洪也會(huì)改變河道兩側(cè)邊坡的受力結(jié)構(gòu)，破壞邊坡穩(wěn)定性，誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的破壞，比如大量砍伐樹木、嚴(yán)重抽取地下水等會(huì)不同程度地引發(fā)水土流失，破壞地表巖土體原有的平衡狀態(tài)，尤其是雨季較多的山區(qū)，特別容易誘發(fā)和加劇滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

2.滑坡體穩(wěn)定性分析方法

對于滑坡體穩(wěn)定性的分析方法主要有物理模型模擬分析、數(shù)值模擬分析、極限平衡法、概率分析法等，其中剛體極限平衡法是目前滑坡體穩(wěn)定性分析中最常用的方法?；麦w穩(wěn)定性分析的主要方法描述如下表：

2.1物理模型試驗(yàn)

物理模型試驗(yàn)是探究滑坡地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理的重要手段之一，模擬滑坡體變形過程，通過模擬地質(zhì)條件、地表水、地震等，對滑坡體的受力特征進(jìn)行定性或定量分析，分析各種誘發(fā)因素對滑坡形成的力學(xué)機(jī)制，達(dá)到滑坡體變形并引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的模擬演化。

國內(nèi)外對滑坡物理模型試驗(yàn)的研究很多，遵從的一般是相似理論[2]。在相似理論模型下，模擬各種內(nèi)外因素對滑坡體的影響，反映滑坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的空間關(guān)系，整體分析巖土體工程力學(xué)特征以及滑坡變形演化過程。截至目前，滑坡物理模型試驗(yàn)類型主要包括：滲水力模型、底面摩擦模驗(yàn)、框架式模型和土工離心模型等[3]。

2.2數(shù)值模擬分析

數(shù)值模擬分析是滑坡穩(wěn)定性分析的重要手段之一，其主要的分析方法是離散元及有限元數(shù)值分析法，通過建立滑坡體二維、三維數(shù)值計(jì)算模型，計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)變化過程，并從應(yīng)力、應(yīng)變、位移等多方面分析滑坡體的形成機(jī)制[4]。例如，在滑坡體穩(wěn)定性分析過程中，利用有限單元法可以將滑坡體分割成若干個(gè)有限單元的土柱進(jìn)行分析，亦可以將滑坡體變形過程中的滲流效應(yīng)以及滑動(dòng)面上隨時(shí)間變化的壓力、剪應(yīng)力塑性屈服演變統(tǒng)一納入分析模型中。

當(dāng)數(shù)值模擬分析模型建立后，可以通過簡易的物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，若模擬模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿〉帽容^一致的結(jié)果時(shí)，即可大致確定數(shù)值模擬分析的合理性。

2.3極限平衡法

極限平衡法是根據(jù)靜力平衡原理分析邊坡各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以邊坡滑體的抗滑力和下滑力之間的關(guān)系來評價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。極限平衡法是比較傳統(tǒng)的滑坡體穩(wěn)定性分析方法，經(jīng)過不斷的發(fā)展完善，已逐漸成為工程實(shí)踐中比較常見有效的方法之一[5-6]。利用極限平衡法計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)，主要是根據(jù)工程地質(zhì)勘查成果，初步判斷潛在滑動(dòng)面的空間位置和可能滑動(dòng)的形態(tài)，通過對安全系數(shù)與最小穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行對比，從而判斷滑坡體的穩(wěn)定性。實(shí)際分析過程中，由于該方法是根據(jù)靜力平衡原理把坡體視為剛體，隨著地形和滑動(dòng)面形態(tài)的復(fù)雜變化，實(shí)際分析過程中局限程度較大。此外，極限平衡法存在帶有一定假設(shè)性、不能正確反映巖土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系、難以分析巖土體由變形至破壞的整個(gè)過程等缺點(diǎn)。

2.4概率分析法

由于現(xiàn)有的物理模型不能真實(shí)的考慮巖土體空間力學(xué)參數(shù)變化特征，且不能體現(xiàn)坡度對滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的影響。因此近年來興起了一種全新的滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算模型-概率分析法，其核心思想是將滑坡體穩(wěn)定性變化因素定為隨機(jī)變量，通過利用地形坡度分布特征修正滑坡體的抗剪參數(shù)，利用基于蒙特卡洛法的概率統(tǒng)計(jì)模型對滑坡體穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價(jià)[5，7-8]。

3.結(jié)論與展望

本文闡述了地質(zhì)環(huán)境條件、自然外力因素、人類活動(dòng)對滑坡穩(wěn)定性的影響，分析了當(dāng)前常用的物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬分析、極限平衡法、概率分析法等幾種滑坡體穩(wěn)定性分析方法，為滑體治理提供了理論依據(jù)?；轮卫硎且粋€(gè)系統(tǒng)性工程，滑坡體的穩(wěn)定性分析關(guān)系到滑坡治理方案的合理性，需要結(jié)合先進(jìn)的治理技術(shù)，運(yùn)用合理的治理方式，保證滑坡治理的有效性。

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