瑞典条分法在公路边坡稳定性分析中的应用

肖迎春，周宗红，王 昌，王海泉，杨昆平(.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；.北京中景恒基建筑装饰工程有限公司，北京 0005)

瑞典条分法在公路边坡稳定性分析中的应用

肖迎春1，周宗红1，王 昌1，王海泉1，杨昆平2
(1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；2.北京中景恒基建筑装饰工程有限公司，北京 100052)

【摘 要】针对云南省寻甸县某露天煤矿公路的地质和边坡现状，采用《岩土工程系列软件》中边坡稳定性分析计算程序，运用极限平衡原理的瑞典条分法，对该公路进行边坡稳定性分析，计算其最不利滑动面所在位置、稳定安全系数和抗滑推力，判断边坡是否稳定，进而提出合理的治理措施，为滑坡治理提供理论依据。

【关键词】瑞典条分法；公路边坡； 稳定性分析

1　引言

滑坡是指构成斜坡的岩土体沿一定的软弱面或软弱带作整体、缓慢、间歇向下滑动的不良地质现象[1-2]。岩体所受应力不均导致应力集中或产生张应力区，促使产生新的变形，当应力超过岩体抗剪强度时，岩体破坏导致滑坡[3]。在近百年的滑坡灾害研究中，每年都有数千篇的研究成果及文献资料，但滑坡灾害依然与日俱增[4]。在当今岩土工程中，边坡稳定性问题依然是最为活跃的课题之一[5]。对边坡进行稳定性分析计算是进行边坡治理的前提，边坡稳定性通常用稳定性安全系数来表示。极限平衡法是基于平衡理论的数学模型计算分析方法，目前，在工程应用中，一般选择在某一强度条件下，假定出现滑裂面且形状为圆弧滑动，滑动体为不变形的刚塑体，运用极限平衡理论进行受力分析，忽略土体应力—应变关系，求得假定滑动面的平均稳定性安全系数[5-7]。

极限平衡原理的瑞典条分法在进行边坡稳定性分析时，忽略相邻土条间相互作用力的影响。相关经验证明，当条宽不大时，在边坡稳定性分析中，忽略条间力作用对计算结果影响不显著[8]。瑞典条分法计算出的安全系数与JanBu法、简化Bishop法相比较为保守，数值偏低，但鉴于计算方便，故仍是目前工程中较为常用的方法[9]。

针对云南省寻甸县某露天煤矿公路的地质条件，运用理正软件建立计算模型，并采用瑞典条分法对地质边坡稳定性进行分析，充分考虑地震力对其稳定性的影响，计算出最不利滑动面所在位置、稳定安全系数和抗滑推力，判断边坡稳定性，进而提出合理的治理措施，为滑坡治理提供科学的理论依据。

2　工程背景

滑坡区位于某煤矿矿部办公楼北侧约30.0m位置处，新建道路右侧挡墙周围，其东南—西北(滑坡主轴)长约50m，西南—东北宽约80.0m。滑坡区总体呈东南—西北向。根据勘察查明，滑坡滑动(带)面埋深在2.6～7.5m之间，平均埋深约为4.6m，滑坡后缘张拉裂缝水平距离约在5.0～50.0cm间，平均约为30.0cm；垂直落差在0～120.0cm间，平均约为40.0cm，西南角落差最大。

拟建场地总体属于中山构造剥蚀地貌单元，沟谷斜坡地形，地势上呈南高北低，向小河倾斜态势。地形平均坡度角15～30°，局部呈陡坎地形，雨季时易形成表土溜滑及浅层滑动。场地最高点约2 165.0m，最低点约2 150.0m，相对高差约15.0m。云南省寻甸县抗震防裂度为9度。

滑体主剖面地质特征为①层素填土：厚度在0.8m～6.80m之间；②层粉质粘土：厚度在0.90～5.60m之间；②1层卵石：厚度在1.50～4.30m之间；③1层淤泥质土：厚度在0.20～2.30m之间；③层粉质粘土：厚度在0.50～9.80m之间；④层粉质粘土：层顶埋深在9.60～17.20m之间。工程地质坡面图见图1。

图1　工程地质剖面图

由于暴雨等自然因素影响，该段道路出现了路基下沉，路面破坏变形严重，已不能正常使用；道路挡墙损毁严重，发生弯曲变形，产生倾斜，挡墙多处已被错断；原始地貌出现鼓胀、鼓张裂缝、地表开裂变形，原始地形坡度变化较大。场地内填土回填时间较短，土体颗粒级配较差，富含孔隙，容易赋存地表水，从而增加了土体自重，降低土体物理力学性质。现用挡墙变形严重，力学性质大幅下降，按不利组合考虑，拟建建筑场地土类型为中软土。该滑坡在前期滑动后，目前处于缓慢蠕动状态，在暴雨及其他条件(如地震等)下易加速滑动，故对该边坡稳定性进行定性定量分析，根据确定的滑动面对滑坡下滑力进行计算，为滑坡治理合理支护提供理论依据。

3　瑞典条分法原理及应用

瑞典条分法是由瑞典学者W·Fellenius基于瑞典圆弧法提出来的，将假定滑动面上的土体离散成具有垂直边界的刚体条块，对作用于土条上的力进行分析，在极限平衡状态下，求出稳定安全系数。瑞典条分法忽略相邻土条间作用力、土体中孔隙水压力的影响，计算量小，原理简单，是极限平衡方法中最为简单、古老、实用的一种分析方法[10]。瑞典条分法的力学模型如图2所示，推导公式如下。式中：Fs——稳定系数；

图2　瑞典条分法力学模型

Wi——第i块段滑体所受的重力(kN/m)；

αi——第i块段土滑动面法线与竖直线的夹角；

ci——第i块段土的粘聚力(kPa)；

φi——第i块段土的内摩擦角(°)；

li——第i块段滑动面长度(m)；

i ——分析条块序数(i =1，2，…，n)；

n ——分块数。

在不考虑水压力作用的情况下，通过理正岩土计算软件，采用瑞典条分法，对云南省寻甸县某露天煤矿公路进行边坡稳定性分析计算，自动搜索最危险滑动面，计算下滑力与抗滑力的差值[11]，采用极限平衡法分析最不利滑动面的位置及滑动安全系数，并与其边坡稳定时的安全系数值(F =1.20)进行比较。若＞F 值，说明该边坡处于稳定状态；若＜F 值，则边坡处于不稳定状态，需要采用相应的维护措施，使边坡处于稳定状态[12]。

由地质勘探资料以及针对各主要岩土层取样进行室内土工试验，得出各层地基土物理力学指标见表1。

表1　各岩土层物理力学指标

3.1 计算模型

计算条件：①滑裂面形状：圆弧滑动法；②圆弧稳定分析方法：瑞典条分法；③土条切向分力与滑动方向反向时当下滑力对待；④圆弧稳定计算目标：自动搜索最危险滑裂面，计算安全系数；⑤条分法的土条宽度：0.50m；⑥搜索时的半径步长：5.00m；⑦搜索时的圆心步长：5.00m。

3.2 坡面信息

根据该露天煤矿公路的边坡实测设定，将边坡分成14个坡面，通过理正软件建立模型，并且计算出14个坡面的水平投影和竖直投影，坡面线段具体设定值见表2。

表2　坡面信息

3.3 计算结果

为计算方便，对工程图进行了镜像处理，计算结果简图如图3所示。

图3　最危险滑动面及其安全系数计算结果图

计算结果：①最不利滑动面：滑动圆心0.400，45.678m；②滑动半径45.679m；③滑动安全系数0.214；④总的下滑力9 048.383kN；⑤总的抗滑力1 932.339kN；⑥土体部分下滑力9 048.383kN；⑦土体部分抗滑力1 932.339kN。

3.4 计算结果分析

根据相关文献分析，安全系数＜1.00属于不稳定状态，通过上述分析计算可得，滑动安全系数为0.214，远远无法满足本滑坡抗滑稳定最小安全系数1.20的要求，由此可知边坡极易发生剪切滑移破坏。此外，现场变形迹象和稳定性计算均表明，该滑坡在前期滑动后，仍处于缓慢的蠕动滑移状态，为防止其进一步扩大，影响上部房屋建筑，应尽早进行治理。

4　结语

(1) 理正岩土计算软件在进行边坡稳定性分析时更加直观、快速、有效，采用极限平衡原理的瑞典条分法，能有效计算出最不利滑动面所在位置，提高工作效率，对滑坡的快速有效治理具有深远的意义。

(2) 在露天矿开采过程中，边坡的稳定性与人们的生活以及矿山生产息息相关。因而制定边坡监管制度，及时发现边坡问题，并采取抗滑支挡、土体加固、防渗排水等综合治理方法，应作为矿山开采及采后维护的一个重要方面。

(3) 针对云南寻甸县该道路滑坡问题，建议采用抗滑墙进行治理，并将抗滑墙置于原有挡墙位置处。为防止雨季地表水下渗引起新的次生灾害，应对场地及周围的地表做封闭和排水处理，实施坡面夯实防渗，对松散易渗的表面土体整平夯实，同时可以种植草皮，缓解地表水对滑坡体表面的冲刷。严禁坡面废弃物堆积，尤其是废石，要及时清理堆积物，加强坡面维护与管理。

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The Uses of Swedish Slice Method in Road Slope Stability Analysis

XIAO Ying-chun1, ZHOU Zong-hong1, WANG Chang1, WANG Hai-quan1, YANG Kun-ping2
(1.Faculty of Land and Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China; 2.Beijing Cking Home-key Building Decoration Engineering Co., Ltd., Beijing 100052, China)

Abstract:Based on a new road which located in Xundian county of Yunnan province slop status and the actual geological conditions, the slope stability is analyzed. By using series software of geotechnical engineering, stability safety factor and force of sliding prevention is calculated.So as to judge whether it is stable or not. Reasonable measures is made to provide theoretical basis for Landslide treatment.

Key words:Swedish slice method; road slope; slope stability analysis

【收稿日期】2014-11-20

【文章编号】1007-9386(2015)04-0060-03

【文献标识码】A

【中图分类号】TU43