确定滑坡岩土体物理力学参数的勘探样本数目

2020-03-14姚劲松

河南水利与南水北调 2020年1期

姚劲松

（长江勘测规划设计研究院（武汉））

1 引言

滑坡是最为常见的地质灾害之一，其防治初步设计报告中确定的岩土体物理力学参数往往是后期滑坡治理（稳定性验算、支护选型等）工程设计的重要依据。确定滑坡岩土体建议值的方法多采用现场原位试验或者室内试验。然而在岩土工程勘察过程中，由于岩土体物理力学参数时空分布的不确定性和离散性，往往需要对岩土体进行多次测量求其统计特征量（如均值、方差），以获取必要的信息才能用于指导工程设计和实践。勘探样本数目的确定是一个显著的“对立与统一”问题，当勘探样本数目太小，会由于认识不足而造成统计偏差进而引起设计方案安全储备不足；而勘探样本的数目太大则会显著加大勘察成本。因此，勘探样本数目显著影响工程的可靠性、安全性与经济性，然而这方面的研究在工程实践中还较为鲜见。

在《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）中，对于勘察工程的最小勘探量仅作出了简单的规定：在边坡工程中，土层的样本数目≥6个，而岩层则≥9个。出于经济性的考虑，如未作出特殊勘察规定，工程技术人员往往选择勘探数目的下限（土层样本6个、岩层样本数目9个）作为实际勘探数，而不考虑样本的其他特征（如变异性），这显然不利于勘察工作布置的机动性和灵活性。文章通过对实际工程中的物理力学试验结果进行分析，以重庆市武隆县乌江银盘水电站新滩滑坡为工程背景，对滑坡岩土体物理力学参数的勘探样本数目展开简单的探讨。

2 工程概况

图1 新滩滑坡工程位置示意图

乌江银盘水电站坝址位于重庆市武隆县江口镇上游4 km处，距乌江河口约94 km，为乌江干流开发的第11 梯级（如图1）。乌江银盘水电站水库正常蓄水位215 m，库水回至彭水电站，库长约53 km，相应总库容3.20亿m3，水库建成后依据相应二级公路50年一遇水位的淹没标准，319国道在彭水县境内将有长约150 m受新滩滑坡影响。

新滩滑坡位于彭水县汉葭镇文庙居委会一组，靠近乌江右岸河床，两岸谷坡左陡右缓，呈不对称“U”型。319国道在该段由西至东穿过，平面呈不规则敞口“C”型，路面高程约245 m。公路内侧山坡地形坡角25°，为耕地，植被较发育；外侧为陡斜坡，地形坡角约30°。滑坡上无冲沟发育。

3 勘探岩土体的统计特征

3.1 土层统计特征

滑坡勘察主要的土层参数包括：物理性质（天然含水率w、土粒比重ρd、液限WL、塑限WP、塑性指数IP、液性指数IL等）、抗剪强度指标（天然粘聚力cs、内摩擦角φs，饱和粘聚力csˊ、内摩擦角φsˊ）。物理性质试验和抗剪强度指标测定试验在长江科学院进行。按照《规范》规定，在现场滑坡区不同位置选取6个土体样本，分别命名为TK1、TK2、TK3、TK4、TK5、TK6，用于测定土体的物理力学参数。试验按照《土工试验方法标准》GB/T50123-1999要求严格进行，以获取可靠的相关参数。各土样的物理性质参数如图2所示。

土体抗剪强度指标采用100-400MPa 四级法向应力测定其峰值抗剪强度，计算得到的剪切强度指标如图2（d）和图2（e）所示。

图2 土样物理力学参数图

3.2 岩层统计特征

主要的岩层参数包括：密度（ρrs）、含水率（w）、孔隙率（n）、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt等。岩层统计样本数为9个，编号分别为ZK1～ZK9，各岩样的物理性质参数如图3所示。

图3 岩样物理性质参数图

4 分析与讨论

定义样本的变异系数：

式中：σ为样本的标准差，μ为样本均值。

计算得到土样各物理力学参数变异系数如表1所示，岩样各物理力学参变异性如表2所示。

表1 土层参数变异性表

表2 岩层参数变异性表

从表1中可以看出，滑体土的物理性质指标变异系数一般在0%～16.72%之间，变异性较小；液性指数变异系数199.11%，变异性很大；滑体土的力学性质指标黏聚力变异系数在12.02%～32.65%之间，变异性由小变大，内摩擦角变异系数小。除了液性指数外，当勘察样本数为6 时，基本能满足实践需要。表2 则表明，岩层的变异性相对较小，均在15.00%以内，这表明岩层的物理力学参数（尤其是密度）较为稳定，因此岩土工程勘察规范中定的最小勘察数量9显得过大，应该结合实际情况，减小一些物理量的测定量。