基于极限平衡法对天宝山边坡稳定性分析

张云丰 权赫春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



基于极限平衡法对天宝山边坡稳定性分析

张云丰 权赫春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

对天宝山已发生的滑坡采取土样进行土力学试验，得到土样相应数据，通过结合Geo-slope软件中的Slope/W极限平衡法和条分法，计算分析了正常情况下和降雨量饱和水压力线情况下滑坡的安全状况，结果显示该滑坡稳定系数处于安全的范围内。

山体滑坡，极限平衡法，土力学，条分法

0 引言

受地形和降雨等各种自然条件的影响，吉林省延边自治州龙井市老头沟镇天宝山发生山体滑坡，对山下老新村造成的损失比较大。目前对滑坡采用Geo-slope软件中Slope/W模块分析的研究还比较少，因此采用Geo-slope软件中Slope/W对天宝山滑坡程度分析[2]，分别计算正常情况下和降雨饱和水位的情况下滑坡的稳定系数,以此来进行对滑坡稳定性的评价，预测能提供有效信息，尽可能减少和预防灾害引起的人员伤亡和财产损失具有十分重要的意义。

1 概况

滑坡稳定就是边坡受力情况变化时，还能维持原来的状态。通常边坡失稳因素一是外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态，二是外界各因素的影响使土的抗剪强度降低，边坡稳定的内因是土的物理力学性质，当切应力大于抗剪强度时，产生剪切破坏，如剪切面积很大，则产生一部分土相对于另一部分的相对滑动，这种现象称为滑坡或塌方，天宝山受地形降雨等各种自然条件的影响已发生滑坡，本次研究是对已发生滑坡的坡体进行现状的安全分析。

1.1 地形、地表地质现状

吉林省龙井市天宝山滑坡,边坡长度120 m,最大坡高74.5 m,边坡受降雨和风化的影响,岩体较破碎,山体滑坡后内部土层裸露，用肉眼可以分辨土层数土质，由于降雨坡体表层多处发生垮塌,边坡整体稳定性较差，其余均表现为开阔平缓的波状褶曲，如图1所示，由于滑坡作用，沿山体形成扇状下沉带，下沉错距达0.5 m～1.5 m。滑坡表面较为平直，由于受滑坡体的下滑摩擦作用，形成一条长达50 m～100 m的坡面，并出现反阶步，滑坡形成的大型凹槽，如图2所示本研究选取了天宝山滑坡中的一个单个滑坡分析坡体在自重下滑力驱动下，沿坡体内的层间软弱夹层产生顺层滑移，但其滑动方向具斜倾性，即沿视倾角方向滑动，最大长度200 m，东西最大宽60 m，厚达15 m，体积约300×104m3。

1.2 断面层土层分布

以下为现场调查发现，滑坡土层分为3层，最上层为约40 cm粘性土砂土，下层是1.2 m中度风化岩石土，以下为重度风化岩石裂缝微张至闭合状，裂面平整。受沿层面软弱夹层及二组构造节理的组合将山体切割为类似于堆砌在倾斜软垫上的积木块体。

2 理论依据

边坡稳定安全度是用稳定安全系数F来衡量的，它表明土坡在预计的最不利条件下具有的安全保障。K取1.1～1.5，按不小于规定的稳定安全系数进行设计。

对于滑坡稳定分析首先是由K.E.Petterson,1916年提出[6]，具体的方法有瑞典圆弧法；条分法；摩擦圆法；总应力法；有效应力法；泰勒图表法以及若干的半图解法等，所有的方法都是基于圆弧假定并从极限平衡状态出发来分析边坡稳定的，这些方法可分为两种：1)土坡圆弧滑动体按整体稳定分析法，适用于简单土坡；2)条分法，是将假定滑动面以上的土体分成n条垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数，该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响，因此是条分法中最简单的一种方法，它对于非均匀质土坡，土坡外形复杂，土坡部分水下均适用。

本文主要采用极限法，极限法主要以摩尔—库仑准则作为基础，通过给出假想的简单破坏面，并将滑动面以上的滑体分成若干垂直条块，建立静力平衡方程，辅以一定假设条件计算得出结果，刚体极限平衡法是目前岩土工程界最为广泛采用的方法，原因在于其原理简单，计算方便，且能给出易于接受的稳定性指标。运用Slope/W 软件，以吉林省龙井市天宝山发生过的滑坡为例，采用自由全坡计算方法搜索滑动面计算稳定安全系数并对各条块进行受力分析，并比较各种方法对安全系数的影响。安全系数F的定义是将土的抗剪强度指标降低为c′/F和tanφ′/F，则土坡沿着某一滑裂面滑动时达到极限平衡状态，即:

τ=ce′+σn′·tanφe′

(1)

(2)

(3)

3 实验过程及数据整理

滑坡稳定性与土的物理力学性质密切相关，所以在滑坡现场取得土样，土样测量数据见表1。

表1 土力学物理性质

4 结果及分析

将对应试验所得数据利用极限法对天宝山正常情况下无水压力线情况下和降水饱和水压力线情况进行滑坡稳定性分析结果时间信息如图3，图4所示。

正常情况下分析结果为无水压力线的稳定系数1.448，分析无水压力线状态下1.448在1.3～1.5(DZ/T 0218—2006滑坡防止工程勘察规范)之间，属安全状态。

水压力线饱和状态下山体稳定系数1.310,经分析饱和水压力线状态下1.310>1.1～1.2(DZ/T 0218—2006滑坡防止工程勘察规范)，属安全状态。

5 结语

对于吉林省延边州龙井市天宝山已发生的滑坡进行了稳定性研究，分析在正常情况下和饱和水压力线情况下的稳定性，得出结果如下：

1)在选取的最危险界面正常情况下进行计算得F=1.448，根据规范安全稳定F值的范围是1.3～1.5之间，1.448在范围内属于安全状态；2)在水压力线饱和状态下计算得F=1.31，查得该地区降雨时稳定安全系数F值为1.1～1.2之间，1.31>1.2属于安全状态；3)针对传统的边坡稳定极限平衡方法不能考虑土体抗剪强度指标变异性影响的问题，Slope/W 模块中有条分法可以计算出剪切强度变化，研究表明，边坡可靠度受土体抗剪强度指标变异性影响显著，呈现出随土体抗剪强度指标变异水平提高而急剧减小的趋势。

[1] 黄昌乾,丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计,1999,15(1):53-58.

[2] 崔政权,李 宁.边坡工程——理论与实践最新发展[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[3] 张玉浩,张立宏.边坡稳定性分析方法及其研究进展[J].广西水利水电,2005(2):13-16.

[4] GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范[S].

[5] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[6] SL 237—1999，土工试验规程[S].

[7] GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范[S].

[8] TB 10001—2005，铁路路基设计规范[S].

Analysis of Tianbao mountain slope stability based on limit equilibrium method

Zhang Yunfeng Quan Hechun*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Landslide has occurred Tianbao mountain soil samples taken in soil mechanics tests, the corresponding data obtained soil samples, using Geo-slope, software module Slope/W in the limit equilibrium method and slices method of slope calculation, from under normal circumstances and rainfall saturated the safety factor in case of water pressure line security situation analysis landslide, results show that the landslide stability factor in security in the range.

landslide, limit equilibrium method, soil mechanics, slices method

1009-6825(2016)10-0076-03

2016-01-14

张云丰(1991- )，男，在读硕士

权赫春(1978- )，男，博士，讲师

TU457

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