探究基于岩土流变特性滑坡的稳定性

钟天宇，路正昆

（重庆市地质矿产勘查开发局107 地质队，重庆 400000）

0 引言

经过分析总结，边坡稳定安全系数与稳定状态的关系可以清晰地进行了解，即当安全系数小于1.2 时，目标边坡不稳定；安全系数大于1.2 小于1.5 时，边坡一般稳定，少数情况下不稳定；当安全系数大于1.5 时，可以准确判断边坡稳定。如果采用区间有限元法进行计算，则必须划分网格图和结果图。结合有限元程序，得到网格中各节点的位移和应力区间。安全系数计算为1732，根据评价标准，边坡状态绝对稳定。相比之下，极限区间平衡法的结果更加保守可靠，因此本文主要对措施进行研究，以期为相关专业人员提供参考。

1 岩土流变性特性的基本概述

许多流变问题出现在岩土工程领域。岩石和土壤，特别是软土，在应力-应变关系中表现出非线性流变行为，经典力学无法合理解释。在一些复杂的应力状态下，岩土应变特性与塑性应变理论不完全一致。所谓岩石流变学，主要表现为岩土体的变形，其阻力受外力和时间的影响。其流动性主要分为蠕变、剪切应变和应力松弛。蠕变可分为体积蠕变和剪切蠕变。就体积蠕变而言，这会导致岩石和土壤的压缩增加，特别是土壤的额外压实；剪切蠕变是岩体和土体的蠕变，即在剪应力作用下，岩体和土体的剪切应变随时间增加。根据剪应力，可分为衰减应变和非衰减应变[1]，图1 为岩土流变性特性曲线。

图1 岩土流变性特性曲线

2 岩土流变性滑坡稳定性研究现状分析

地质流变滑坡稳定性研究的第一步是从地质条件和滑坡现象分析滑坡的环境和机理。另外，滑坡极限平衡的整体稳定性采用刚体极限平衡理论计算。随着科学技术的发展，滑坡稳定性分析取得了新的进展。地质流变滑坡的分析具有重要的实际意义，为工程开工阶段的地质可靠性提供了理论依据。目前，我国科学技术水平有了很大提高，分析方法很多，如可靠性分析、模糊层次评价、系统工程地质分析等，这些分析方法很可能促进新的发展。通过计算机技术的介入，可以很好地体现分析的效果，使数据更加准确。在影响地质流变滑坡稳定性的众多因素中，力学参数和地质流变模型是稳定性分析、评价和预警的重要因素。要研究滑坡的稳定性，首先要分析岩土的流变特性。长期研究表明，滑坡稳定性因子是岩土蠕变模型的参数，是滑坡稳定性评价和早期预测的重要前提。随着研究方向、方法和方法的深入，发现大多数滑坡现象表现出明显的蠕变变形，滑坡体由自由堆积物组成，地势陡峭且呈阶梯状，雨水直接进入这些堆积物，最终岩体软化形成滑坡。

3 基于岩土流变性的滑坡稳定性影响因素分析

影响滑坡流动性稳定性的因素很多。更重要的是，它与地质环境和地质背景密切相关。通过对影响因素的收集和研究，地形、降水和地震等因素会导致滑坡，对我国某地区滑坡地质灾害危害性较大，也为后续在岩土流动性作用下形成滑坡提供了有利条件。该地区地形以山地为主，西北高东南低，海拔1000～2100m。受东、南古地层影响，地势为褶皱隆起。北方地质是红土和黄土沉降堆积形成的土壤沉积物，最终形成黄土丘陵地貌。在该地区的地质构造中，其构造也是影响滑坡发生的重要因素。该区地质构造多为泥质、砂岩、砾岩等物质，不是很稳定。一旦发生地震、降水等灾害，容易发生滑坡，对当地电力建设设施和道路安全构成严重威胁。这些结构的材料在水的作用下会发生风化和流变，岩土分离非常严重，增加了滑坡的可能性。在自然环境的影响下，长期的降水和地震会使岩石破裂并最终滑落。当滑动体与滑床的摩擦力减小，雨水增加坡度时，容易发生滑坡。图2 为一种边坡稳定性分析模型。

图2 边坡稳定性分析模型

4 针对岩土流变性及滑坡稳定性的防治措施探究

4.1 理论性技术

由于边坡地形地貌为部分强切断面，形成了该地区主要的地质滑坡灾害断面，黄土构造地质层稳定性低。下雨时，雨水容易渗入岩土的地质结构，使岩石软化，破坏岩土的稳定性。该部分的岩土机理、倾斜方向和坡度基本相同。在雨水外力的影响下，坡度加重，导致滑坡。笔者在以上分析与岩土流动性相关的滑坡稳定性影响因素的基础上，制定了一套合理的滑坡防治措施，以期在该地区推广。

根据实际情况分析，由于长期雨水风化侵蚀，岩土结构遭到破坏，岩土软化，抵抗外力的能力明显降低。目前，一些自然环境和人类活动的承载能力较低。在此背景下，工程地质条件将非常不可靠，在外力（如暴雨、地震等）作用下崩积物的稳定性无法得到保证。滑坡的具体防治也是复杂多变的，主要是结合实际情况来实施具体方案。最常用的方法，如防滑桩、截排水沟、地表移植等，各有特点。从防滑桩措施来看，相应的木桩主要浇筑在斜坡的中部和前部，以增加斜坡的阻力，是应用最广泛的方法，且灵活性强、治疗效果明显；地基截流排水沟法也可有效防治。减少地表径流可有效防治坡面渗水，在很大程度上防止滑坡[2]。

4.2 具体技术应用

评价滑坡稳定性的理论方法很多，特别是极限平衡杆法和数值分析法。目前常用的稳定性分析方法有瑞典波段法、Bishop 法、Janbu 波段法和 Morgenstern 价格法。本文主要介绍了使用GEO studio 进行边坡稳定性分析的优势，介绍了不同的稳定性计算方法，并选择了一个工程实例来评估滑坡稳定性。

4.2.1 各稳定性计算方法基本原理

瑞典切片方法是最简单的切片方法。首先，假设滑动面是一个圆弧，滑动面上的土块被分成N 个垂直带。对作用在接地带上的力进行力和力矩的平衡分析，以计算任何情况下的防滑安全系数FS=MF/M（最大防滑力矩与滑移率之比）假设滑移面处于极限平衡状态。真正需要的是对应于最危险滑动面的最小安全系数。Bishop 法也是一种切片法。基于瑞典条带法，考虑土条两侧相互作用力的影响。在计算边坡安全系数的迭代过程中，每个波段都必须相加，这使得计算更加复杂。janbu 切片法假设土条之间的相互作用是水平的，土条之间的相互作用点位于滑动底部上方1/3 的高度处。作用在皮带上的重力和反作用力通过底部的中点，在垂直方向上满足静平衡条件，从而解决了滑动底部的法向力。Morgenstern 价格法是目前公认的求解任意形状滑动面的最佳切片方法。在建立极限平衡法的基础上，假设法向力和相邻两条土条的切向力的作用，建立水平坐标函数来反映这两种力的关系，并得到完整的微分方程。力和力矩的平衡被建立。最后根据整个地面的边界条件计算最危险滑动面的安全系数[3]。

4.2.2 工程实例计算

以某地区为例，滑坡位于古老的倒凹塌陷体上，其平面形状不规则，呈扇形，断面呈梯形。研究区属中高山地势。地势西高东低。从滑坡后壁陡壁与崩积物构成的陡峭地势相连，坡度 30°～60°，高程 1600～1760m。滑坡最大纵向长度约1417m，平均纵向长度1100m，最大横向宽度约1996m，平均横向宽度1610m，面积约1.77km2，主要滑移方向为98°。工作区出露地层包括第四纪崩积层（Q4col+dl）、第四纪全新世滑坡沉积层（Q4del）、第四纪全新世冲积洪积层（Q4al+PL）和中泥盆统（D2）。斜坡在自然状态下的重力为19.60kN/m3。内摩擦角为20.54°，饱和状态为 20.54kN/m3，内摩擦角为 21.80°。设计模型根据滑坡的变形特征和地形地貌特征，选择滑坡的典型断面作为设计断面。

4.2.3 计算工况

在这个计算中提出了3 种工作条件。首先是工况1只考虑岩体和边坡土体的自重和其他现有荷载；使用斜坡自然单位重量的自然边；其次工况2，在条件1 的基础上，考虑降水的影响，坡面密度增大，降水入渗后土体物理力学性质下降。计算出的参数是岩土饱和度参数。最后是工况3，根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），工作区地震最大加速度为0.20g，地震反应谱特征周期为0.35s。抗震设防基础烈度为Ⅷ度。

4.2.4 计算结果及分析

不同计算方法的计算结果见表1。

表1 稳定性计算成果

结果表明，在自然条件下，计算得到的潜在滑动面极限平衡稳定系数大于安全系数1.15，表明边坡在自然条件下是稳定的。在大雨条件下，潜在滑面的稳定系数明显降低，但计算结果大于安全系数1.05，说明在大雨条件下边坡仍保持稳定。发生地震时，相比暴雨，部分计算结果的稳定性系数进一步降低，但均大于安全系数1.00，整体还是稳定的。M-P 法计算结果与安全系数接近，说明边坡在地震条件下的稳定性和安全储备略有不足[4]。

4.2.5 计算技术结论

（1）评价滑坡稳定性的理论方法很多，特别是极限平衡杆法和数值分析法，得到了广泛的应用。

（2）滑坡整体不太可能不稳定，人为或环境因素等外力对其稳定性有影响。

（3）M-P 法计算结果与安全系数接近，说明地震条件下边坡稳定的安全储备有些不足。

5 结语

综上所述，基于区间不确定性方法的边坡稳定性分析有助于提高工程的水平和质量。通过上述算法的有效应用，可以大大降低边坡工程中边坡失稳，从而减少类似工程事故，提高工程建设的经济效益和社会效益。因此，在今后边坡工程的扩展中，应重视边坡稳定性分析的效果，以探索边坡分析方法的应用价值，区间的不确定性，更好地为建设和工程发展服务。

（1）根据本地区技术地质条件、规模和防治原则，结合地质灾害破坏形式，在中部和前部设置预应力锚索和桁架梁。滑坡综合治理。

（2）滑坡后缘外路挡土墙已变形损坏，整体整体性良好。变形主要是由于抗滑性不足，导致挡土墙沿伸缩缝向外移动。这里考虑锚栓+肋梁加固。

（3）在滑坡后缘东侧新建停车场，新填土，前缘地形陡峭，局部变形塌陷破坏。为解决存在的问题，拟在原有砖砌挡土墙外侧设置防滑桩。此外，基本边坡问题主要包括实施相关项目的范围和方法。相关工程的稳定性研究应从稳定结构的设计入手。影响稳定性的因素包括项目本身的自然因素、人为因素和结构因素。为了提高边坡的稳定性，需要针对不同的问题提出相应的预防措施，以提高工程后期的整体质量。