河南某黄土高边坡稳定性分析

晏凤辉

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

河南某黄土高边坡稳定性分析

晏凤辉

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

土坡的稳定性是各类工程中常见的问题，对于有黄土组成的边坡稳定研究已有较多的方法及经验，现针对河南某一黄土高边坡渠道，利用Geo－slope软件分析黄土边坡的稳定性。利用Ordinary，Bishop，Janbu不同方法对比，得出黄土边坡的稳定情况，为生产和安全提供保障。

黄土；高边坡渠道；稳定系数

1 黄土概述

黄土是一种第四系松散堆积物，在世界上分布面积达1300万km2，约占全球陆地面积的9．3%。在我国黄土发育较为广泛，分布面积可达63．5万km2，约占陆地面积的6．6%，一般厚度在100m以内，最大厚度可达400m（甘肃兰州西津村，为世界最厚的黄土），主要分布于干旱、半干旱的大陆性气候地区，即北纬33°～47°， 东经75°～127°之间， 分布区年降水量在250～600mm之间，以风成为主，经搬运堆积及侵蚀作用形成。我国西部地区黄土分布面积约27．5万km2，占中国黄土总面积的43．7%，占西部地区国土面积的50%～60%以上。黄河中下游的陕西北部、甘肃中部和东部、宁夏南部和山西西部是我国黄土分布比较集中的地区。

大面积的分布形成黄土特有的地形地貌，黄土地貌可分为黄土沟谷地貌（包括纹沟、细沟、切沟及冲沟等）、黄土沟谷（间）地貌（包括黄土塬、黄土墚及黄土峁等）及黄土潜蚀地貌（包括黄土碟、陷穴、黄土桥及黄土柱等）。各种地貌中，天然边坡及人工形成的边坡随处可见，各行业工程建设中也经常会遇到黄土边坡带来的诸多工程地质问题。边坡在与黄土有关工程建设中如此常见，所以它的稳定性问题对于工程师和技术人员来说非常重要，对边坡的稳定性研究也是岩土工程界的一个热点课题。常见的黄土边坡工程地质问题有湿陷变形、滑坡、崩塌、泥流及坡面冲刷等。目前在黄土高边坡工程设计中，很多设计参数是凭经验给出，导致30m以上的黄土高边坡在变形破坏机理、稳定性及可靠性分析评价中缺乏充足的理论指导。国内外众多学者对土质边坡进行了大量的研究工作，并取得了不少有意义的研究成果。这些研究成果中针对粉土、砂土等边坡居多。

2 有关基本理论

黄土，因其颜色呈浅黄色、灰黄色或棕黄色而命名，土壤学上称之为黄壤。黄土质地疏松，强度较弱，易被水流等介质侵蚀。外观均一，无明显层理，一般具有较强的湿陷性，孔隙率大，富含碳酸盐及垂直节理发育形成黄土特有的工程性质。根据黄土的堆积层序，自上而下可分为全新世黄土（Q4eol），上更新世黄土（Q3eol），中更新世黄土（Q2eol）和下更新世黄土（Q1eol），按形成的地质年代分别为全新世、晚更新世、中更新世和早更新世。全新世黄土和晚更新世黄土岩土工程性质相似，且底层较新，故称之为新黄土，中更新世黄土称之为老黄土，早更新世黄土称之为古黄土。古、老、新黄土由于其堆积环境与成壤程度的不同，其物质组成和结构特征等有很大差异，因而各层黄土的岩土工程性质也有明显区别。新黄土，多为浅褐、深褐、黄或黄褐色，土质松散不均，或大孔隙发育，具垂直节理，多虫孔和植物根孔，有粉末状或条纹状碳酸盐结晶，含少量钙质结核或小砾石，偶有人类活动遗物，底部多接有古土壤；锹挖较容易或不困难，一般具有湿陷性。老黄土，深黄、棕黄或黄褐色，土质较密实，有少量大孔，钙质含量增多，常成层分布钙质结核；锹、镐挖掘困难，上部部分土层具有湿陷性。古黄土，淡红或棕红色，土质密实，无大孔，柱状节理发育，钙质结核含量较老黄土少；锹、镐挖掘很困难，不具有湿陷性。不过因为古黄土埋藏较深，经过长时间沉积，很多已经固结成岩了，由于深度原因，工程项目中一般不会涉及。

我国有关黄土论述已有2000多年的历史，如2000年前的《禹贡》（2300年前）与《前汉书》（2012年前），及后来的《水经注》（1400年前）与《梦溪笔谈》（800年前）。前人这些著作对我国黄土的分布、成因、地质及地貌等仅限于做过或多或少的论述，却未能形成较完备的理论。

自从Terzaghi在1942年创建土力学以来，人们对粘性土、砂土的研究已经有了一定深度，但是对于黄土的理论研究起步较晚。目前黄土边坡稳定性分析与评价方法主要包括自然地质条件分析法、工程地质类比法及力学分析法3种。自然地质条件分析法、工程地质类比法为定性半定量的分析方法，相比之下，力学分析法以定量分析为基础可直接为工程设计提供较为准确的数据。以力学分析为基础逐渐形成的边坡稳定性分析极限平衡法如瑞典法、杨布（Janbu）法、毕肖普（Bishop）法、费伦纽斯（Fellenius）法成为后来黄土边坡稳定性分析的主要方法。近年来随着计算机技术的发展，有限元数值分析法在边坡稳定分析中得到应用，弥补了土体力学分析中大体量计算准确性及灵活性的缺陷，是一种比较理想的黄土边坡稳定分析计算方法。

3 工程实例及稳定分析

3．1 工程介绍

河南某一黄土边坡渠道，坡高14．5m，底宽35m，该边坡为二级边坡，第一级坡高为6．5m，坡度为1∶1．5，均为老黄土；第二级坡高为8m，坡度为1∶2，上部6．3m为新黄土，下部1．7m为老黄土，渠内水深3m。该边坡大部分为天然边坡，修渠时对局部渠段渠道为新开挖渠道。考虑到渠道边坡的稳定对下游居民的生命及财产安全至关重要，管理方决定先委托相关单位先对此边坡的稳定性进行深入透彻的分析，根据分析结果提出有针对性的防治工程措施。

3．2 边坡稳定性分析

通过现场取样进行室内试验，室内剪切试验采用饱和固结快剪，得到新黄土的物理及力学性质参数，土体天然密度为1．79g/cm3，摩擦角为22．1°，粘聚力为18kPa；老黄土的天然密度为1．93g/cm3，摩擦角为24°，粘聚力为20kPa。 利用软件结合上述物理性质及力学参数得到此边坡的实际情况如图1所示，分析后的边坡情况如图2所示。

图1 边坡的实际情况

图2 边坡分析后的情况

由图中危险滑弧图可以发现，边坡最危险的滑动面是上部新黄土层，而经过Geo－slope分析，其得出结果：利用Ordinary分析得稳定安全系数是2．071，利用Bishop分析得稳定安全系数是2．229，利用Janbu分析得稳定安全系数是1．995。 至此，可以看出3种计算方法得出的结果相差不大，3者相比较来看，Bishop得出的安全系数值略大，而Janbu得出的安全系数值相对偏小，也更加偏于安全。工程中要根据不同的工况，结合实践经验取最适合的计算方法。通过上述分析可知，最危险的破坏面是安全的，因此该边坡是稳定的，不需要进行任何支护措施。通过长达半年的监测，该边坡在没有采取任何支护的情况下运行良好，保证了安全，节省了投资。

滑坡、崩塌及泥流是我国最为常见的地质灾害，因其分布广泛、突发性强，严重威胁着人们的生命及财产安全。据统计，我国每年因滑坡、崩塌及泥流造成的经济损失达40～50亿元之多。黄土地区是上述灾害的多发地区，该渠道主管部门最初欲在不采取任何分析情况下对边坡进行治理，也是情有可原，但至少反映出当前人们对类似边坡稳定缺乏足够的认识。随着我国西部大开发的广泛深入，各种工程建设中遇到的黄土边坡稳定问题越来越多。与黄土边坡有关的理论计算本来不多，加之边界条件及地域性差别，因此，开展黄土边坡的稳定性研究具有十分重要的现实意义。

4 结语

本文旨在总结以往有关黄土边坡稳定性分析理论的基础上，摆脱以往自然地质条件分析及工程地质类比等定性或半定量的分析方法，利用近年来发展研制出的Geo－slope软件对河南某一黄土高边坡给予稳定计算分析。Geo－slope有多种分析方法，本文仅利用Ordinary，Bishop及Janbu进行分析，结果互相对照，最后对边坡的稳定性给予判定。建议今后对类似黄土高边坡采用上述及其他多种方法进行比较，采用偏于安全的计算方法。

在各种工程建设中，遇到的黄土边坡特别是高边坡越来越多，若在设计和施工中没有认真考虑其工程性质特征而不采取措施，会影响建筑物的正常使用及安全可靠性能；反之，采取的措施过于保守，则会增加投资，造成不必要的浪费。通过对河南某渠道边坡的分析，突出强调了边坡稳定分析的重要性与必要性。同时，现实也迫切需要我们在继承和修正前辈理论的基础上，建立新的黄土边坡稳定性分析及评价方法。

［1］Terzaghi K．Theoretical Soil Mechanics［M］．1942．

［2］陕西省地质矿产局第二水文地质队．黄河中游区域工程地质［M］．北京：地质出版社，1986．

［3］徐张建，林在贯．中国黄土与黄土滑坡［J］．岩石力学与工程学报，2007，26（7）：1297－1312．

［4］王永焱，等．黄土与第四纪地质［M］．西安：陕西人民出版社，1982．

［5］何红前，陈志新，叶万军，等．黄土高边坡变形破坏的基本形式及其机理分析［J］．西部探矿工程，2005（11）：109－111．

［6］李帆，杨建国．黄土边坡稳定性分析方法研究［J］．铁路工程学报，2008（12）：33－36．

Stability Analyzing of Loess Slope

YAN Feng－hui
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin300250，China）

The stability of soil slope has been the hot point．The slope research which the loess composes to be really many， presently aims at a cerrtern loess high slope channel in Heman Province， using the Geo－slope software analysis the stability of loess slope．Obtains the stable situation of loess slope by using the way of Ordinary，Bishop and Janbu to ensure the produce and the safeguard．

loess；high slope channel；stability coefficient

P642

A

1672－9900（2012）01－0058－03

2011-11-28

晏凤辉（1980—），男（汉族），河南沈丘人，工程师，主要从事水利水电勘察工作，（Tel）022-26154828。