Bishop法滑坡稳定性分析及滑坡治理

姚艳领

（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093）

Bishop法滑坡稳定性分析及滑坡治理

姚艳领

（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093）

采用有限元Bishop法定量评价公路边坡的稳定性，依据勘察资料建立分析计算模型，分析在天然状态下土壤特性，获得物理参数，并建立多个坡段，选择多个坡面节点和附加节点，进而提高建立模型的准确度。通过运算定量获得边坡的稳定性系数，并获得在降雨和地震情况下的稳定性，为定量分析边坡稳定性提供了参考依据，并为治理措施的选择提供了针对性较强的量化依据。

Bishop法；滑坡；稳定性；治理

0 前 言

伴随着基础设施的逐步完善和交通建设等级的越来越高，我国城市化进程和社会发展已越来越快，交通安全威胁的压力越来越大。尤其是我国的中西部地区，边坡的稳定性一直是公路安全的重要隐患。公路滑坡发生后将严重影响公路交通，甚至造成重大的事故和人员伤亡事故。我国每年因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害造成的经济损失达数百亿元。因此对公路滑坡的稳定性分析和治理是非常必要的［1-3］。

目前用于滑坡体稳定性评价的方法主要有基于极限平衡的条分法和基于强度折减概念的有限单元数值分析法。有人采用有限元对边坡稳定性进行了评价分析［4-8］。本文采用有限元Bishop法对盐米路边坡进行稳定性评价。

1 概 况

盐米路k75+60处边坡治理工程勘查区位于米易县白坡彝族乡张门扎村，该道路是连接盐源至米易的主要交通要道，由于季节性连续降雨或暴雨冲刷导致该段公路路基及下边坡出现塌陷现象，对交通安全造成了严重影响，对行车行人造成了极大的安全隐患，亟需采取有效工程措施对该路段进行防护治理。

1.1 自然地理

白坡彝族乡位于四川省米易县西北部，东经102.099 98（。），北纬27.083 37（。），距米易县城50 km，该公路边坡位于盐米路。边坡长约76 m，宽约82 m，面积约 0.007 km2。区内高程1 276.94～1 330.15 m，相对高差约53 m，属构造剥蚀地区中山地貌。地势自北西向南东由陡变缓，呈向北西西倾斜的单面坡，地形主要受到强烈的剥蚀作用和部分的冰川刨蚀作用影响，较为陡峻，地形坡度一般为35（。）～70（。），年降雨量760～1 200 mm。

1.2 地层岩性

根据地质勘察区地层主要为：

第四系全新统（Q4）：填土（Q4 ml），残坡积（Q4el +dl）碎石、砾类土等，三叠纪宝顶组（T3bd）煤岩、碳质板岩。其中以第四系地层出露最广，其岩性和岩土体工程地质特征按时代由新至老叙述如下

1） 第四系全新统（Q4）

a 填土（Q4m l）

灰—深灰，成分以黏性土为主，含碎石及角砾等，稍湿，松散，主要分布在公路沿线及坡底，主要是道路修建时开挖山体堆填而成。厚度1.2～17.3 m。

b 碎石（Q4el+dl）

灰色～浅黄色，稍密，稍湿，成分主要为砂岩、灰岩。次圆状～次棱角状，粒径3～60 cm，含量漂卵石70％～75％，其余为砾石及砂土。只有ZK-6有揭露，揭露厚度3.1m。

c 砾类土（Q4el+dl）

深灰—灰黑—黑色，稍湿，稍密～中密、可塑～硬塑，砾石成分以碳质板岩为主，含少量灰岩、砂岩，主要分布于滑坡体范围内，勘查揭露厚度1.60～11.5 m。

2） 三叠纪宝顶组（T3bd）

a 煤岩（T3bd）：灰黑—黑色，稍湿，可塑，含有煤层夹层，该层只在ZK-1中有揭露，层厚为2.4 m。

b 碳质板岩（T3bd）

①全风化碳质板岩（T3bd）：主要分布于砾类土（Q4el+dl）之下，埋深4.40～19.90 m。呈灰黑～黑色，硬塑。为软质岩石。风化后岩石多呈碎粒状、碎屑状。勘查揭露最大厚度11.1 m。

②强风化碳质板岩（T3bd）：埋深5.60～22.0 m。呈灰黑—黑色，硅质结构，块状构造。主要成分为长石、云母及一些暗色矿物，节理较发育、岩体破碎，岩心多呈碎块状、块状，少量呈饼状。软质岩石。锤击即碎，局部岩体较硬。勘查揭露厚度1.2～3.6 m。

③中风化碳质板岩（T3bd）：呈灰黑～黑色，硅质结构，块状构造。主要成分为长石、云母及一些暗色矿物，岩心多呈柱状、短柱状。岩质较为坚硬，敲击声较脆，有明显回弹。该层在区内广泛分布，本次钻探未揭穿该层。

1.3 岩土物理力学参数

根据室内土工试验并结合当地地勘查工作经验，该区域岩土物理力学指标值如下表所示。

表1 主要岩土物理力学参数建议值

2 边坡稳定性分析

2.1 边坡稳定性计算

根据路堤边坡发生的地质背景，由于路堤边坡局部垮塌导致局部表层出现裂缝，提高了路堤边坡土体的透水性，使路堤边坡体成为含水体。在暴雨、持续降雨或加工况下，路堤斜（边）坡的变形破坏模式为圆弧形。就目前状态而言，在水下渗作用下，造成路堤边坡体大量充水使其稳定性降低是路堤边坡体产生再次失稳的主要诱发因素。计算中滑裂面形状采用圆弧滑动。土条重切向分力与滑动方向反向时：当下滑力对待。稳定计算目标： 自动搜索最危险滑裂面，条分法的土条宽度2 m，搜索时的圆心步长2 m，搜索时的半径步长1 m。

2.2 坡面信息

根据该公路边坡的实际情况，将边坡分成11个坡面，建立模拟模型计算出水平投影和竖直投影。其坡面信息如表2所示。

2.3 土层信息

根据该公路地质的实际情况，在所建立的模型中，建立坡面节点12个，附加节点11个，不同土性区域4个，各点信息和土性区域信息如表3 ～ 4所示。

2.4 计算结果

通过采用Bishop法评价该边坡的稳定性后，发现降雨和地震对该边坡的影响很大，降雨和地震使岩土的抗剪性急剧减小，稳定性系数从大于1降低到小于1。边坡的总体下滑力发生了变化，这与边坡稳定性理论分析较为一致。数据结果见表5。

表2 坡面信息

表3 坡面节点信息

表4 不同土性区域土性参数

表5 边坡稳定性计算结果

3 措 施

1） 连续降雨或暴雨雨水的冲刷是导致该路基及边坡毁坏的主要触发因素，因此建议可根据地形在道路上边坡设置环形排水沟及表面设置枝状排水系统，将道路上边坡坡面的地表水拦截汇集，统一迅速排泄，彻底解除地表水的冲刷问题。

2） 建议对该段水毁垮塌道路进行专项治理，工程施工前应先对道路路基沉陷垮塌路段填料挖除并进行土质置换，采用分层夯实（压实）至路基顶面再修筑路面。采用压路机压实时，压实度应严格按照规范执行。边角、边坡部位如采用小型机具压实时，压实度不应小于92％。

3） 支挡措施建议

a该边坡在自然状况下处于临界稳定状态，在暴雨和地震作用下，随时都有可能产生垮塌，造成直接的威胁，因此应及时采取有效措施进行治理。由于边坡地形较陡，考虑到该区属于地质构造较复杂地区，建议采用挡土墙或桩板挡墙对坡面进行防护加固处理。b施工时，应尽量避免对边坡岩土体的大量扰动，若采用挡土墙作为工程支档方案时，基础开挖时不宜全段连续开挖，建议采取分段跳槽作业的方法进行施工。若采用桩板挡墙治理方案时，建议采用跳桩开挖的作业方法进行施工。

4） 在支档工程施工期间，建议对边坡岩土体进行变形观测，及时了解施工对边坡的影响。

5） 建议采用承载力高的中风化为持力层。

6） 因钻孔揭露有煤岩层，如果施工需要挖桩时，在开挖揭穿覆盖层进入基岩后，需注意加强有害及易燃易爆气体的监测，根据相关规范及时采取送风排气等措施。

7） 如有地下水渗入时应及时采取施工期的临时降排水措施，以保障施工人员及设备的安全。

4 结 论

针对土质边坡的稳定性评价采用有限元Bishop法对其进行评价，能够很好的结合该区域的特征，进行定量的评价，最大限度的结合实际情况，使预测结果最大程度接近实际情况。在工程实践中也充分证实了Bishop法与实际的吻合程度非常之高。Bishop法在运算中还可以进一步引入地下水和降雨的影响，以及考虑地震对其的滑坡的贡献程度。因此在定量评价公路滑坡的稳定性时，采用Bishop法有很好的借鉴指导意义。

［1］ 蒋堃，徐超.复杂地形条件下填方路基稳定性分析与设计［J］.长江科学院院报，2014，31（3）：142-146.

［2］ 刘海波，刘玉丽，林大超，等.基于Bishop法基础上的土质边坡有限元强度折减法的适用性探讨［J］.公路，2010，（3）：15-18.

［3］ 许年春，伍培，赵宝云，等.一个能够优化边坡安全稳定系数计算的解析式［J］.工业安全与环保，2015，41（6）：59-61.

［4］ 温树杰，孙加平，胡国保，等.改进最小势能法与Bishop法边坡稳定计算对比分析［J］.人民长江，2015，46（22）：45-48.

［5］ 彭振斌，李俊，彭文祥.基于Bishop条分法的边坡可靠度应用研究［J］.中南大学学报（自然科学版），2010，41（2）：668-672.

［6］ 李俊，彭振斌，周斌.利用差分法计算基于Bishop分析模式的边坡稳定可靠度［J］.矿业工程，2008，28（6）：11-14.

［7］ 蒋斌松， 康伟.边坡稳定性中BISHOP 法的解析计算［J］.中国矿业大学学报，2008，37（3）：287-290.

［8］ 王军，谢桂华，李继祥.边坡稳定性分析的广义Bishop法［J］.江苏科技大学学报（ 自然科学版），2009，23（4）：297-300.

Bishop M ethod for Stability Analysis and Landslide Control

YAO Yanling
（Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650093，China）

Taking fnite element Bishop method to evaluate the highway slope stability quantif cationally， to set up the analytic model based on the investigation data . Analysis soil properties in natural condition， obtain the physical parameters， and establish multiple slope section， select multiple slope node and additional nodes， so as to improve the accuracy of model. The stability factor of the slope is obtained quantif cationally through calculation， meanwhile， the stability of the slope is obtained under the conditions of rainfall and earthquake， which provide a reference basis for quantitative analysis of the slope stability， and to provide a strong basis for the choice of governance measures.

Bishop method；Landslide；Stability；Treatment

TD854.+6

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.011

2016-06-22

姚艳领（1989-），男，汉族，河南人，昆明理工大学，硕士，研究生 ，研究方向：地质工程，手机：18487147759，E-mail：18487147759 @163.com.