暴雨工况下两种不同方法在下蜀土边坡稳定性分析中的应用对比

2021-02-18杨正玉刘顺青

地下水 2021年6期

杨正玉，姜啸，李磊，刘顺青

(1.江苏省地质矿产局第三地质大队，江苏镇江 212001；2.江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江 212100)

镇江地区境内具有宁镇、茅山、丹阳3条山系，宝华、茅山等17条山脉，大小山体有235座[1]。每年的雨季，镇江地区是江苏省内滑坡发生较频繁的地区，严重影响了滑坡周边居民、工厂职工及游客的生命、财产安全，这与镇江地区广泛分布的下蜀土边坡密切相关。因此如何合理地评价下蜀土边坡在暴雨工况下的稳定性对该类边坡的工程设计具有重要的意义。

目前土质边坡稳定性的分析方法主要有3类。第一类为极限平衡法(也称为条分法)，代表性的有瑞典法[2]、Bishop法[3]、不平衡推力法[4]等；第二类方法为有限元法，包括有限元强度折减法[5]以及有限元极限平衡法[6]；第三类为极限分析法[7]。虽然如此，但是目前工程设计时大多仍采用极限平衡法进行土质边坡的稳定性分析。

本文基于极限平衡法中的Bishop条分法，采用两种不同的方式间接反映暴雨对下蜀土边坡稳定性的影响，并将两种方式得到的计算结果进行对比分析。研究结果对下蜀土边坡的工程设计具有重要的意义。

1 两种不同间接考虑暴雨影响的边坡稳定性分析方法

1.1 边坡表面施加地下水位线法

暴雨工况的设计，是《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)中必须要考虑的工况，因此土质边坡支护设计时必须考虑暴雨的影响，然而规范中并没有给出相应的分析方法。若采用渗流分析法，则对现场工程技术人员的理论要求较高，通常不常用。目前工程技术人员在考虑暴雨影响时，通常采用两种间接方法，一种是在坡体表面施加水位线法(方法1)；另一种是边坡降雨入渗深度范围内抗剪强度参数折减法(方法2)。边坡模型表面施加水位线法示意如图1所示。

图1 边坡表明施加水位线法示意图

1.2 降雨入渗影响深度内抗剪强度参数折减法

另一种考虑暴雨影响的方法(方法2)是将边坡降雨入渗深度范围内土体的抗剪强度参数进行折减折计算示意如图2所示。

图2 降雨入渗影响深度内抗剪强度参数折减法示意图

2 边坡稳定性计算模型及参数

本文采用下蜀土边坡为研究对象，来分析两种不同考虑暴雨的方法对边坡稳定性的影响，所分析边坡的几何模型如图3所示。下蜀土边坡的土体参数如表1所示。

图3 边坡稳定性计算几何模型

表1 下蜀土边坡的土体参数

3 计算结果分析

3.1 不同降雨入渗深度的影响

本文采用GEO5程序中Bishop条分法分析方法1和方法2中下蜀土边坡的稳定性，边坡的坡角为45°，方法2分析时选取的降雨入渗的影响深度分别为1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m。下蜀土边坡稳定性的计算结果如表2所示。

从表2中可以看出，对于坡度为45°的边坡，当降雨入渗深度小于2.3 m时，采用方法1计算所得的边坡安全系数较小，而当降雨入渗深度大于2.3 m后，采用方法2计算所得的边坡安全系数较小。因近年来的极端降雨条件时常出现，当实际下蜀土边坡中的降雨入渗深度大于2.3 m后，采用方法1进行边坡工程支护设计是偏于危险的，此时应采用方法2(取降雨入渗深度大于4.0 m)进行边坡工程支护设计。

表2 下蜀土边坡稳定性计算结果

3.2 不同抗剪强度参数折减程度的影响

为分析相同降雨入渗深度下抗剪强度参数折减程度对下蜀土边坡稳定性的影响，选取边坡的坡度为45°，降雨入渗深度为3.0 m，定义降雨入渗区强度参数折减度：

(1)

式中：f折减、f分别为降雨入渗土层及不受降雨影响土层的土体参数。

本文取折减度分别为0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，下蜀土边坡稳定性的计算结果如表3所示。

表3 下蜀土边坡稳定性计算结果

从表3中可以看出，对于坡度为45°，降雨入渗深度为3.0 m的边坡，当折减度大于等于0.8时，采用方法1计算所得的边坡安全系数较小；而当折减度小于等于0.7时，采用方法2计算所得的边坡安全系数较小。因此，当实际下蜀土边坡降雨入渗深度范围内土体的折减度小于等于0.7时，采用方法1进行边坡工程支护设计是偏于危险的。