基于极限平衡理论的坡体组合滑面分析

（文成县水利局，浙江 文成 325300）

岩土质边坡是一类复杂特殊的边坡，不同于单一的土质边坡或者岩质边坡，在实际边坡工程中，上部覆土、下部岩石、岩土交互的混合岩土质边坡较为常见。岩土交互型边坡常见于沉积岩层状边坡，其主要原因是裂隙水沿着层理面渗透，使一些较软的岩层风化严重，出现了岩土互层的情况［1-3］。

在极限平衡法计算过程中，通常采用条分法计算（包括毕肖谱法、瑞典条分法等），然后多次迭代计算，搜索出最危险滑面，而搜索出的滑面多假定为圆弧形滑面，但在某些岩土交互型坡体中，如果搜索出的圆弧形滑面穿过下部弱风化岩体，这是不符合实际工程应用的［4-7］。

本文中所计算的边坡为岩土交互型边坡，边坡的上部为一定厚度的黏性土，下部为顺坡向的岩层或者岩土交界面，受到气候和风化作用的影响，以及施工对边坡底部扰动的影响，边坡易发生滑移的风险，因此在施工前，需要对此类边坡进行稳定性计算和支护分析，确保岩土体的稳定性和施工的安全性。

1 模型的建立及模型参数

以西南某大型水利枢纽为例，其溢洪道位于第四系全新统崩坡积层覆盖层上，局部崩坡积层下伏第四系上更新统冲积层，覆盖层以下为志留系下统小河坝组砂岩。第四系全新统崩坡积层主要为崩积、坡积的砂岩、粉砂岩块（碎）石含黏土。土体中块、碎石含量30%～60%，多呈次棱角状，表层局部残留少量河流冲积砂卵石、漂石，下部局部含有页岩碎片组成的深灰色碎石土，土体结构较均匀，一般呈松散状。边坡的稳定与否将影响到溢洪道的运行稳定，因此，选取其中一处典型断面进行分析。

该处坡体下部为岩体，岩体中有一处软弱结构面，岩体上覆为黏土体。

图1为所建立的边坡简化模型，坡高60m，坡角为30°，软弱结构面倾角20°，贯通率100%。岩土体的相关参数，如表1。

图1 边坡典型断面

表1 岩土体物理力学参数

2 坡体稳定性分析

2.1 圆弧形滑面

利用极限平衡法软件Slide，对坡体进行稳定性分析，采用毕肖谱法计算得到圆弧形搜索时得到坡体最危险滑面的安全系数为1.098。极限平衡法计算分析如图2。

图2 圆弧形滑面搜索示意图

2.2 组合滑面

通常情况下，在极限平衡法中如果对坡体采用圆弧形滑面进行搜索，寻找最危险滑面，则圆弧形滑面可能穿过下部基岩，而这种情况是不符合实际工程的，不应考虑这种破坏模式。在实际顺层岩质边坡工程中，坡体的破坏通常是沿着软弱夹层的层面发生滑移破坏，如果对外部边界的下边缘进行限定，滑面在进行搜索过程中，将会考虑外部边界及基岩等状况，生成更为合理的组合型滑面。“组合滑面”能用于基岩滑面，通过使用“组合滑面”来完成一个与基岩形状相同的圆弧面搜索，这些滑面将被分析且被视为有效的，假定这种滑面为圆弧形-线型-圆弧形滑面组合形式，滑面组合形式如图3。

图3 组合滑面示意图

利用Slide极限平衡法软件，对该边坡采用组合滑面形式进行分析，处理方法是将底部边界限定为软弱夹层的下层面，采用毕肖谱法计算得到组合滑面搜索时得到坡体最危险滑面的安全系数为1.090。极限平衡法计算如图4。

图4 组合滑面搜索示意图

2.3 非圆弧形滑面搜索

在坡体极限平衡法分析中，如果将滑体分为几个典型块体，则这几个块体可以看做是由 “主动块体”“中间块体”和“被动块体”组成，如图5。对于具有既窄又薄的软弱层来说，因为滑动面基本是沿着软弱夹层面发生滑动，因此对滑动面适合运用“分块搜索”。

图5 主动块体、中间块体及被动块体

利用Slide进行“分块搜索”时，如果对滑面进入软弱夹层中的“投射角”进行限定，则采用“分块搜索”时滑面总是在一条线上生成两点，滑面出现在多线的两个点之间。在一般情况下，当一个“分块搜索”由多条线段组成时，这时容易定义一个沿着不规则（非线性）软弱层的“分块搜索”。

利用Silde软件计算时，固定投射角计算，得到坡体安全系数为1.077，如图6。利用Silde软件计算时不固定投射角计算，得到坡体安全系数为1.056，如图7。

图6 固定投射角块体搜索计算示意图

图7 不固定投射角块体搜索计算示意图

从计算结果可以看出，当对投射角固定时，坡体安全系数要比不固定投射角时的计算结果大，通常情况下，对于坡体的滑出方向是未知的，对于坡体滑面不确定时，理应采取不固定投射角法进行计算。

2.4 计算结果分析

对坡体计算采用不同滑面，利用毕肖谱法计算的整体最小安全系数如表2。

表2 整体最小安全系数

表2结果表明，坡体采用圆弧形搜索整体最小安全系数时，其计算得到的安全系数最大；采用块体搜索中的不固定投射角非圆弧形搜索时，计算得到的安全系数最小。根据实际工程中带软弱夹层的边坡失稳模型来看，许多坡体的失稳都是沿着软弱夹层发生滑动，不管采用块体搜索还是组合型搜索，其滑面都是沿着软弱夹层发生滑移破坏。

3 坡体敏感性分析

坡体稳定性分析结果表明，块体采用不同滑面搜素时，利用平衡法计算得到的坡体安全系数不同。由于岩土体的离散性太大，而岩土体取值也具有很大的主观性，当采用不同的滑面进行稳定性分析时，需要对岩土体的参数进行考虑。敏感性分析参数如表3。

表3 敏感性分析参数

对于该顺层滑坡，因软弱夹层的抗剪强度参数较低，根据现场实际情况，该坡体的滑面为软弱夹层，因此利用Slide软件对软弱夹层进行敏感性分析，将容重、黏聚力和内摩擦角作为变量，分析参数变化对坡体稳定性的影响，如图8～图11。

图8 圆弧形滑面敏感性分析

图9 组合滑面敏感性分析

图10 固定投射角块体搜索敏感性分析

图11 不固定投射角块体搜索敏感性分析

从图8～图11的敏感性分析结果可以得到，内摩擦角对坡体稳定性影响最大，其次是黏聚力，容重变化对坡体稳定性影响最小。从计算结果整体分析，当坡体参数发生变化，采用不同滑面搜索，参数变化对坡体稳定性的敏感度也不一样，从大到小依次为：圆弧形＞组合型＞固定投射角非圆弧形块体搜索＞不固定投射角圆弧形块体搜索。

4 结语

（1）利用极限平衡法软件Slide对含有软弱夹层的坡体进行稳定性分析。

（2）采用多种不同的滑面形式进行搜索，对比分析坡体不同滑面形式的安全系数变化，并对不同滑面情况下的坡体进行敏感性分析。

（3）采用不同滑面搜索时，计算得到的坡体安全系数从大到小依次为：圆弧形>组合型>固定投射角非圆弧形块体搜索>不固定投射角圆弧形块体搜索。

（4）进行敏感性分析时，坡体物理力学参数对坡体的影响程度从大到小依次为：内摩擦角>黏聚力>容重，进行不同滑面搜索时敏感度大小依次为圆弧形>组合型>固定投射角非圆弧形块体搜索>不固定投射角圆弧形块体搜索。

（5）在实际工程中，不同类型的坡体，应根据实际岩土体的结构来选择合适的滑面进行搜索，最终得到合理的安全系数。

参考文献：

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［3］肖志勇，邓华锋，李建林.库水位间歇性下降对堆积体滑坡稳定性的影响［J］.长江科学院院报，2016，33（8）：114-119.

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［7］姚环，郑振，简文彬，等.公路岩质高边坡稳定性的综合评价研究［J］.岩土工程学报，2006，28（5）：558-563.

［8］GB50330—2013，建筑边坡工程技术规范［S］.