浅析不平衡推力传递法在折线形滑动面土体稳定性分析中的运用

亢 坷，王广辉

(河南省水文地质工程地质勘察院，河南郑州450000)

浅析不平衡推力传递法在折线形滑动面土体稳定性分析中的运用

亢 坷，王广辉

(河南省水文地质工程地质勘察院，河南郑州450000)

通过对辉县市沙窑乡南坪村不稳定斜坡稳定性评价，演算分析介绍不平衡推力传递法在折线形滑动面土体稳定性分析中的运用。

不平衡推力传递法;内聚力;内摩擦角;剩余下滑力

突发性滑坡地质灾害的发生给社会经济建设的发展和人民财产都带来了较的损失，因此准确预测滑坡灾害的发生对于避免工程建设本身遭受滑坡危害及使用期的正常运行都至关重要。由于滑坡本身发生形式多样、滑坡物质组成复杂、计算公式较多，因此准确选择稳定性验算公式是保证潜滑坡稳定性分析正确与否的关键。现结合实例对计算公式之一的不平衡推力传递法进行介绍分析。

1 概况

1.1 项目区交通位置

项目勘察区位于辉县市西北部太行山腹地沙窑乡南坪村境内(国家AAAA级旅游区、国家地质公园——河南省万仙山风景区内)。行政区划隶属于辉县市沙窑乡，地理坐标为:东经 113°35′46″～ 115°36′00″，北纬 35°42′20″～ 35°42′27″。区内有S226省际公路与辉县市和新乡市连接，项目区距辉县市区约50 km，距新乡市区约75 km，项目勘察区与外界交通便利。

2.2 不稳定斜坡空间形态和物质组成及结构特征

不稳定斜坡在平面形态呈“舌”字形分布，空间形态总体上前缘低，后缘高，前缘高程745 m，后缘高程809 m，相对高差64 m。斜坡东西长548 m，南北平均宽63 m，斜坡面积3.45×104m2，坡角临空，斜坡平均坡度 ＞40°。斜坡堆积物为第四纪粉质粘土夹(碎)块石地层，土石比为8∶2。粉质粘土，褐黄色，松散—稍密，湿润，可塑，结构松散。(碎)块石为浅红色砂岩，块径一般0.3～3 m，最大可达4m，分选差，磨圆度低，呈次棱角—棱角状。

斜坡体前缘及后缘粉质粘土夹(碎)块石埋深一般在0～3 m，中部埋深3～12 m。平均厚8 m。斜坡体坡面乱石堆较多，乱石块径一般在 0.5 ～1.5 m，最大块径 1.5 ～3 m，其中，块径0.5～1.2 m，约占70%，块径 1.5～3 m 约占 30%。乱石堆缝隙充填少量碎石土，下部为粉质粘土夹(碎)块石，粉质粘土夹(碎)块石地层以下为基岩，基岩地层岩性为太古界片麻岩，灰、浅灰、灰白色，片理构造，由粘土矿物及云母等组成，表层节理、裂隙发育，易风化，弱 ～中风化，揭露层厚度1 ～1.5 m。

不稳定斜坡体体积约27.6×104m3。

2 斜坡稳定性计算

2.1 计算模型

根据工程地质勘探浅井和物探揭露的地质剖面，其斜坡滑动面整体呈折线型滑动。计算基本假定如下:

1)沿斜坡横断面方向取1 m宽的土条作为计算的基本断面，不计两侧摩阻力;

2)斜坡体每一分条假定为整体滑动;

3)斜坡体推力的作用方向平行于滑动面;

4)推力的应力分布为矩形。

斜坡的稳定性计算选取轴向纵剖面作为稳定计算模型基础，根据滑面为折线形采用不平衡推力传递法滑移变形体进行计算。计算时取单宽斜坡滑体进行研究，简化为二维空间问题进行计算。斜坡稳定计算剖面见条分图。

2.2 计算方法

斜坡稳定性计算采用《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219－2006)附录 A.1.2公式 A.9。

2.2.1 滑坡稳定性计算公式

ψj为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)，即

TDi=rwhiwLitanβicos(αi－βi)孔隙水压力产生的平行滑面的分力;

式中:K 为稳定系数;RDi=rwhiwLitanβisin(αi－ βi)孔隙水压力产生的垂直滑面的分力;NWi=rwhiwLi为孔隙水压力;Wi为第 i块段的重量(kN/m);Ci为第 i块段内聚力(kPa);φi为第i块段内摩擦角(°);Li为第i块段滑面长度(m);αi为第 i块段滑面倾角(°);βi为第 i块段地下水流向与水平面的夹角(°);A为地震加速度(单位:重力加速度g)。

2.2.2 滑坡推力计算公式

滑坡推力计算采用《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219 －2006)附录 A.1.2 公式 A.10。

滑坡推力计算(不平衡推力传递法)公式如下:

其中:Pi为为i条块的推力(kN/m);Pi－1为为第 i条块的剩余下滑力(kN/m)。

下滑力Ti:

抗滑力Ri:

传递系数Ψ:

孔隙水压力NWi:

即近似等于浸润面以下土体的面积乘以水的容重。

渗透压力平等滑面的分力:

渗透压力垂直滑面的分力:

当采用孔隙压力比时，抗滑力Ri可采用如下公式:

式中:rU为孔隙压力比。

2.3 计算参数的选取

2.3.1 土体重度的确定

该斜坡体的物质组成为粉质粘土夹(碎)块石，经取土样测试天然密度重度值为18.6 kN/m3;干重度值为13.8 kN/m3;

2.3.2 土体抗剪强度参数的确定

本次勘查浅井中共采取土样7组，其抗剪强度指标的平均值为:

天然抗剪峰值 C=30.25 kPa，φ =21.28°

饱和块剪峰值 C=29.3kPa，φ =20.61°残值 C=13.67 kPa，φ =8.6°

本次计算抗剪强度值采用 C=30.25kPa，φ=21.28°

2.3.3 防治工程分级

根据受灾对象、受灾程度、施工难度和工程投资等因素，按照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219－2006)，滑坡防治工程级别划分(见表1)，该防治工程分级确定为Ⅲ级。

2.4 防治工程设计安全系数的确定

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219－2006)，滑坡防治工程设计安全系数推荐表(见表2)。本治理工程设计安全系数确定如下:

工况Ⅰ:自重;滑坡抗滑安全系数K=1.15～1.2;

工况Ⅱ:自重+地下水，滑坡抗滑安全系数 K=1.10～1.2。

表1 一般滑坡防治工程分级表

表2 滑坡防治工程设计安全系数推荐表

2.5 稳定性计算参数的采集方法

本工程稳定性计算参数采集方法为:按照工程地质勘探浅井和物探揭露的地层资料制作计算剖面条分图，本次共计算剖面 3 条(见 1－1′2 －2′、3－3′剖面计算条分图)。

图1 滑坡剖面1－1′计算剖面条分图

图2 滑坡剖面2－2′计算剖面条分图

图3 滑坡剖面3－3′计算剖面条分图

采集剖面条块的面积、滑面长度及倾角等有关数据进行滑坡稳定性计算和滑坡推力计算。3条滑坡剖面计算参数统计(见表3)。

表3 滑坡稳定性计算参数统计表

2.6 斜坡稳定性计算结果

将计算剖面条分图采集的各种数据及体重、土抗剪强度等参数值代入公式(A.9)，对斜坡体3条剖面等在各种工况下的稳定性(稳定系数)进行计算，计算结果见表4、表5。

表4 工况Ⅰ条件滑坡稳定性计算结果统计表

表5 工况Ⅱ条件滑坡稳定性计算结果统计表

2.7 稳定性计算结果分析

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/0218－2006》滑坡稳定状态划分数值(见表6)。

表6 滑坡稳定状态划分表

将计算结果对照表2－6，分析判断本斜坡稳定状态如下:

1)工况Ⅰ条件下，即斜坡体自重条件下，3条计算剖面稳定系数K均≥1.15，根据表2－6划分，斜坡处于稳定状态。

2)工况Ⅱ条件下，即斜坡体自重和地下水共同作用条件下，3条计算剖面稳定系数K均≥1.15，根据表2－6划分，斜坡处于稳定状态。

3 小结

不均衡推力传递法是在滑面呈折线形时计算潜在不稳定土体的一种方法，常见的滑面主要有单一滑面、折线形滑面、圆弧形滑面三种，因此应结合地质勘察对滑坡面进行准确把握;在稳定性计算中，所有作用因素都要换算成力的作用列入计算公式。其中最困难的是滑带土抗剪强度指标C和φ值的正确选择，它们对稳定性计算结果影响巨大。

［1］滑坡防治工程设计与施工技术规范.(DZ/T0219－2006)

［2］滑坡防治工程勘查规范.(DZ/0218－2006.

P642.22

B

1004－1184(2012)03－0201－03

2012－01－04

亢坷(1986－)男，河南郑州人，助理工程师，主要从事地质灾害防治、治理、勘察、设计、施工等工作。