孙家沟一级古滑坡滑带土强度参数反演分析

郑　伟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

孙家沟一级古滑坡滑带土强度参数反演分析

郑伟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

Back Analysis of Strength Parameters of Slide belt of Sunjiagou Ancient Landslide

ZHENG Wei

摘要通过对孙家沟一级古滑坡发展阶段的判定，反演滑带土抗剪强度参数，采用数值模拟分析古滑坡变形特征并加以验证，最终得出滑带土强度参数C=2 kPa，φ=12.75°，与现场勘察结果相吻合。

关键词滑带土；参数反演；数值模拟

滑坡稳定性评价与锚固结构设计均以岩土体强度参数为基础，而滑带土抗剪强度参数更是关键因素，直接影响滑坡剩余下滑推力计算[1]和锚固结构的选择。由于滑带土物质成分、结构的非均质性，加之滑坡体蠕变滑移和外界因素变化，使得室内试验和原位测试难以准确模拟滑带土的受力状态，试验数据较真实值有一定的偏差，需根据滑坡实际状态和变形发展趋势对滑带土强度参数进行反演分析[2-3]。

孙家沟古滑坡位于山西省保德县新畦村，为黄土高原丘陵地貌，地形起伏较大。该古滑坡分为二级滑坡，以位于前缘的一级滑坡为研究对象。一级滑坡为牵引式顺层滑坡，长约300 m，宽约900 m，滑体平均厚20 m，滑坡体组成物质主要为新黄土，粉质黏土和全、强风化砂岩夹泥岩，古滑带位于全风化砂岩夹泥岩中。

根据古滑坡实际状态，利用GEO-SLOPE软件，采用极限平衡法反算滑带土强度参数，并建立二维地质力学模型，模拟分析该强度参数下的滑坡体变形，验证计算结果的可靠性。

1滑带土强度参数反演

1.1　反演指标

为了反演强度参数能够反映古滑坡体稳定性现状，必须选择合理的反演指标(即稳定系数Fs)，参照文献[4]，滑坡发展阶段与稳定系数对照关系如表1所示。根据现场调查，古滑坡处于蠕动阶段，安全系数Fs=1.15。

1.2　参数反演

为了能够同时获得滑带土的C值和φ值，选用滑坡轴部5号剖面和其相邻南侧的4号剖面，建立方程，联立求解。根据滑坡剖面，在GEO-SLOPE中建立模型，如图1、图2所示，模型中岩土材料参数见表2。

5号、4号剖面在稳定系数Fs=1.15时，C-φ关系值如表3所示。

通过反算，5号剖面稳定系数Fs=1.15，C、φ值满足

(1)

4号剖面稳定系数Fs=1.15，C、φ值满足

(2)

将方程(1)、(2)联立，得到滑带参数C=347 kPa，φ=-39°，这显然不合理。通过分析发现，虽然5号、4号剖面位置上紧邻，且滑带土的物质组成和含水状态相类似，但5号剖面滑带埋深较大，斜坡面较陡，坡体蠕变滑移速率较大，稳定性相对4号剖面较低，滑坡发育阶段不同，因此不能联立。

一般C值取决于滑带土的物质组成和含水状态，变化幅度较小，根据现场调查并结合工程经验，确定滑带土C=2 kPa，因此φ=12.75°。

2滑坡变形模拟

通过极限平衡法[5-6]反算得到的滑带土强度参数，很大程度上取决于假设的反算指标即滑坡稳定系数Fs。依据现场调查，结合工程经验假设的稳定系数Fs可能与真实值有较大偏差，通过FLAC3D有限差分数值软件[7-8]，建立地质力学模型，以上述反算得到的强度参数C=2 kPa，φ=12.75°为滑带土参数，模拟滑坡变形，验证反算参数的准确性。

模型选用5号剖面，长495 m，力学边界采用前后y方向约束，底面z方向约束，上表面无约束。考虑到滑坡区新构造活动不强烈，且地层主要为黄土和全强风化砂岩夹泥岩，此类岩体不足以存储地应力，因此模型初始应力场只考虑重力场。模型中岩土体本构模型均采用摩尔-库伦模型，具体模型如图3所示，模型材料参数见表2。

图4为位移分布。由图4可见，滑坡前缘位移较大，向后缘位移变小。为能够更好的分析滑坡形成过程中坡体位移变形，分别选取滑带前缘、中部及后缘节点，观察位移变化，见图5。由位移变化曲线可知，滑带前缘水平向位移远大于竖直向位移，滑体向坡前水平滑移，并略微向上拱起，向后水平向位移迅速减少，滑体中部位移为沿古滑动面向下滑移，滑体后缘基本无位移。

滑体位移量为cm级，位移很小，说明滑坡体目前处于蠕变滑移阶段，假设稳定系数Fs=1.15合理，反算得到的滑带土强度参数C=2 kPa，φ=12.75°是准确可靠的。

根据滑体变形特征，滑体变形主要集中于前缘，前缘滑动后，变形向后缘延伸，呈现明显的牵引式滑动。由于雨水冲刷、人工开挖等因素，坡体前缘现已形成一道高3～10 m不等，自然倾角70°～80°的陡坎，前缘陡坎较不稳定，若发生滑塌，会牵引后方坡体进一步滑动破坏，需采取必要的加固措施，提高滑坡稳定性。

3结论

采用极限平衡法，对孙家沟一级古滑坡滑带土强度参数进行反演，模拟滑坡体变形特征，验证反演结果的准确性，得出如下结论：

(1)根据现场调查，并结合工程经验，古滑坡体目前处于蠕变滑移阶段，稳定性系数Fs=1.15，据此反演得到滑带土强度参数C=2 kPa，φ=12.75°。

(2)采用多剖面联立方程求解C、φ值时，所选取的剖面不仅需要滑带土的物质组成和含水状态要相类似，而且还应具有相同的运动状态，滑坡的发育阶段也应相类似。

(3)通过数值模拟分析滑体变形特征，滑体前缘变形较大，向后缘变形迅速减小，滑体的位移量较小，为cm级，说明滑坡目前处于蠕变滑移阶段，与现场勘查结果吻合，反算结果准确可靠。

参考文献

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[2]廖秋林，杨志法，尚彦军，等.川藏公路102滑坡滑动带力学参数的反分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23(24):4119-4123

[3]石崇，张玉，孙怀昆，等.争岗滑坡堆积体滑面强度参数反演分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29：3728-3734

[4]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京：中国铁道出版社.2000．

[5]孙广忠.边坡岩体稳定性分析[M].北京：科技出版社，1988．

[6]陈祖煜.土质边坡稳定性分析-原理方法程序[M].北京：中国水利水电出版社，2002

[7]张雪东，陈剑平，黄润秋，等.用FLAC-3D分析呷爬滑坡的变形特征[J].岩土力学，2005(1)：131-134

[8]孙书勤，黄润秋，丁秀美.天台乡滑坡特征及稳定性的FLAC～(3D)分析[J].水土保持研究，2006(5):30-32

[9]周彦杰.宝成铁路巨亭滑坡稳定性三维极限平衡分析[J].铁道勘察，2011(4):58-61

[10]张兵，李泰兴.强度折减有限元法分析边坡失稳判据研究[J].铁道勘察，2011(5)：72-75

中图分类号：P642.22

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)05-0028-02

收稿日期：2015-06-12