梅州某残积土滑坡稳定性评价方法研究

姚 勇，穆 鹏

(1.嘉应学院 土木工程学院，广东 梅州 514015;2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

梅州某残积土滑坡稳定性评价方法研究

姚 勇1，穆 鹏2

(1.嘉应学院 土木工程学院，广东 梅州 514015;2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

残积土;铁路滑坡;稳定性;四元联系数;梅州

梅州地区花岗岩残积土分布广泛，花岗岩残积土滑坡是威胁铁路安全的主要地质灾害，滑坡稳定性评价方法历来是工程地质领域的研究热点。针对这一热点问题，以梅州某铁路残积土滑坡为例，建立稳定性评价模型，旨在为滑坡研究和治理提供相应的参考和借鉴，完善和发展滑坡稳定性评价方法。对该滑坡的土体进行了直接快速剪切试验，获得其强度指标，残积土试样浸水后抗剪强度降低，主要是黏聚力的减小，内摩擦角降幅并不大。在详细介绍四元联系数原理及计算的基础上，建立残积土滑坡稳定性评价模型，并应用该模型对滑坡进行稳定性分析，结果为不稳定，与现场调查结果及折线法的计算结果基本吻合。

广东省花岗岩分布范围广，分布面积占全省面积的40%左右。在粤北、粤西北及粤东地区，花岗岩节理发育，易风化形成很厚的红色风化壳，即花岗岩残积土。花岗岩残积土边坡是工程活动中常见的地质体，其失稳成灾是铁路、公路等工程建设中经常遇到的广泛而严重的工程地质问题。

不论是天然斜坡还是人工边坡其影响因素都是多样化的，具有模糊性和不确定性。在各种天然因素和人类活动的影响下，斜坡一直处于动态变化过程中，受时间、空间等因素的制约［1］。这些因素具有明显的模糊性和不确定性，难以用精确的数量来表达，针对这一特征笔者以梅州市某铁路滑坡为例建立基于四元联系数的稳定性评价模型，先对残积土的物理力学性质进行了试验研究，以试验数据为基础应用建立的模型对其进行了稳定性评价。

1 花岗岩残积土试验

试验土样取自梅州市大埔县某铁路花岗岩残积土滑坡，结合边坡工程地质钻探进行试验取样，土样1取自滑坡体，土样2取自滑动带，每个土样各取6盒试样，按规定进行蜡封。土样基本物理性质的测定结果见表1。

表1 土样的基本物理性质

对土样进行直接快速剪切试验，试验仪器为ZJ型应变控制式直剪仪，垂直压力分别为100、200、300和400 kPa，快剪试验分别进行了天然含水量状态和浸水饱和后24 h的试验，结果见表2。

表2 直接剪切试验结果

表2表明花岗岩残积土在浸水后抗剪强度明显降低，主要是黏聚力减小，内摩擦角降幅并不大。因此，降雨对花岗岩残积土边坡的稳定性影响较大，在梅州地区边坡失稳及滑坡的主要诱发因素为强降雨。

2 花岗岩残积土边坡稳定性模型

2.1 四元联系数原理及计算

多元联系数是根据同异反联系数U=A+Bi+Cj在Bi项上的展开式U=A+B1i1+B2i2+…+Bnin+Cj而得到的一种具有层次结构的函数［2－4］。取n=2，得四元联系数U=A+B1i1+B2i2+Cj，为了应用上的方便，四元联系数又常改写成U=A+Bi+Cj+Dk。

四元联系数的首项不带系数(即其系数为+1)，因此该项始终为正值;其余各项的系数则视不同情况在［－1，1］区间取不同的值，取值原则分别有比例取值、邻近取值、均分取值。

设稳定性的评估指标有n项，根据文献［3］，单个评价指标的四元联系数的计算式为

式中:v1、v2、v3分别为评价标准的门限值;x为评价指标的取值。

当评价指标(如坡高、坡度等)取值越大、边坡越不稳定时，

2.2 花岗岩残积土滑坡稳定性评价公式

花岗岩残积土边坡稳定性综合评价公式为

式中:W为权系数向量;R为同异反多元测量评价矩阵;E为联按式(1)确定四元联系数;当评价指标(如抗剪强度指标)越小边坡越不稳定时，按式(2)确定四元联系数。系分量系统矩阵［5］。

2.3 评价指标的确定与分级

花岗岩残积土边坡的稳定性受多种因素的影响，必须考虑残积土的工程性质及其构造特征，根据其形成条件选取具有一定普遍性和客观实际性的灾害因子，包括坡高、边坡坡角、天然容重、土的内摩擦角、土的黏聚力、地震烈度，其分级情况见表3。需要强调的是天然容重按加权平均的方法得出平均值;当存在明显滑动带时，土的内摩擦角和黏聚力应该取滑动带土样的试验值，无明显滑动带时取各土层的加权平均值。

表3 稳定性评价指标分级标准

由于各个因素在滑坡形成中的重要性有所不同，每一因素有一个相应的权系数(权重)，各评价因子权重的取值是将20份专家打分表的结果平均得来，因此充分考虑了工程技术人员的经验和主观能动性。

2.4 计算步骤

第一步，将残积土滑坡稳定性划分为四级即稳定、较稳定、基本稳定和不稳定，其中a、b、c、d分别表示稳定、较稳定、基本稳定和不稳定的测度。各评价指标的四元联系数通过式(1)来确定。

第二步，通过式(2)来确定滑坡稳定性的综合评价结果四元联系数u。

第三步，根据均分原则确定四元联系数的联系分量取值并计算各评价因子的联系数值。

均分原则是指i与j的取值应位于［－1，1］区间的两个三等分处，由于［－1，1］区间长度为2，三等分该区间，则得三个子区间［－1，－0.333］、［－0.333，0.333］、［0.333，1］，也就是说i=0.333，j= －0.333，k= －1。

第四步，根据均分原则确定稳定、较稳定、基本稳定、不稳定的联系数值范围，最后根据评价值所属的区间确定稳定性。将［－1，1］区间均分成4 个子区间，即［0.5，1］、［0，0.5］、［－0.5，0］、［－1，－0.5］，它们分别对应于稳定、较稳定、基本稳定和不稳定4个等级。

3 工程实例

梅州市大埔县位于广东省东北部，韩江中上游，是花岗岩风化土分布比较典型的地区，且多降雨，受台风影响较强，历来是滑坡等地质灾害多发和易发区，其中以花岗岩残积土和风化土滑坡类型为主。

以梅州某铁路滑坡为例，该滑坡体处于低山丘陵区，地形相对高差大，前缘坡度较大，有向铁路侧山谷滑动的趋势。据钻探资料，该滑坡有明显滑带，位于残积土与强风化花岗岩结合部，滑动带有多次剪切破坏的特征，厚0.6～0.9 m。根据现场调查、室内试验数据及地质勘探资料确定该滑坡的相关数据见表4。

表4 滑坡稳定性主要影响因素实测值

根据式(1)及式(2)得各评价指标的四元联系数分别为:u1=0+0.45i+0.53j+0.02k;u2=0+0i+0j+1k;u3=0+0i+0j+1k;u4=0+0i+0j+1k;u5=0+0i+0j+1k;u6=0+0.53i+0.47j+0k。

根据式(3)得

按均分原则将i=0.333、j= －0.333、k= －1 带入u，得u=－0.76，在区间［－1，－0.5］内，故该滑坡对应的稳定性等级为不稳定。

为了验证该方法的可行性和准确性，利用折线法对该滑坡进行稳定性评价，强度指标取滑带土的试验值，天然容重取加权平均值，在天然工况下滑坡稳定性系数为1.01，在降雨条件下的稳定性系数为0.97(主要考虑强度指标的降低)。与本文所用方法的计算结果基本吻合。

4 结语

(1)分别对天然状态和饱和含水24 h后的强度指标进行测定，得到滑坡体和滑带的抗剪强度指标。残积土试样浸水后抗剪强度降低，主要是黏聚力的减小，内摩擦角降幅并不大。

(2)建立基于四元联系数的残积土滑坡稳定性评价模型，选取具有一定普遍性和客观实际性的灾害因子为评价因子，利用专家打分来确定权重，因此充分考虑了工程技术人员的经验和主观能动性。

(3)利用该模型对梅州某铁路滑坡进行了稳定性分析，结果为不稳定，与折线法的结果基本一致，验证了该方法的可行性和准确性。

［1］王念秦，罗东海，姚勇.铁路黄土高边坡变形破坏机理及稳定性研究［J］.铁道工程学报，2009(7):10－14.

［2］余国祥.对联系数中的不确定数i的研究［J］.辽宁师范大学学报:自然科学版，2002，25(4):349 －356.

［3］邓朝贤，金菊良，王宗志，等.基于模糊四元联系数的防洪工程体系安全综合评价模型［J］.灾害学，2008，23(3):41－43.

［4］郭瑞林，陈观臣.品种区试的四元联系数多因素态势排序分析法［J］.农业系统科学与综合研究，2003，19(3):218－222.

［5］余国祥.综合评价的多元联系数模型及应用［J］.绍兴文理学院学报，2004，24(9):99 －10.

P644.22

A

1000－0941(2012)10－0053－03

梅州市科学技术局、嘉应学院联合自然科学育苗工程项目(2011KJM05)

姚勇(1984—)，男，湖南望城县人，助教，硕士，主要从事土木工程与地质工程方面的教学与科研工作。

2012－01－21

(责任编辑 孙占锋)