不平衡推力法在滑坡治理中的应用研究

何正杰*，朱寿增，米澄宇

(桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004)

不平衡推力法在滑坡治理中的应用研究

何正杰*，朱寿增，米澄宇

(桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004)

运用不平衡推力法，通过判别现场划分工程等级，取土实验从而确定各个工况下的C、 及不同工况安全系数的设定，以四川某滑坡治理为例，在不同工况下进行滑坡稳定性分析计算，结果与实际调查一致。并与隐式法比较，说明不平衡推力法是简便、有效的，在工程实践中具有广泛的应用性。

不平衡推力法;不同工况;滑坡稳定计算

滑坡的爆发会对人类生产生活带来严重后果［1］。随着经济的发展，工程活动日益频繁，遇到的滑坡问题也越来越多。为了防灾减灾，滑坡治理日益成为国内外学术界和工程界的研究热点。如何准确确定滑坡推力的大小及其作用方向对滑坡治理至关重要。目前有关滑坡稳定性及滑坡推力的分析计算方法很多，其中不平衡推力法由于概念明确、计算简单，并可直接得出滑坡推力，而且我国特别是铁路系统在使用该法治理滑坡方面积累了丰富的工程经验［2-3］。因此，它具有其他极限平衡分析法无可替代的优势。但有学者认为不平衡推力法在计算滑坡稳定性方面存在着计算精度等方面的问题［4-5］。本文以四川某滑坡治理为例探讨不平衡推力法的应用，选取3种工况条件下滑坡土体进行反演计算，确定土的抗剪强度值，计算滑坡的稳定性，再与实际调查的情况比较，从而得出该方法的可靠性。

图1 滑坡区套叠圈椅形地貌特征

1 工程概况

2008年12月20日以来，四川境内某斜坡发生明显变形，斜坡前公路至前缘斜坡范围内出现大量拉张裂缝和羽状剪切裂缝，最初缝宽1～2 mm，附近一带缝长约70 m，至2008年12月26日，裂缝迅速扩张至15 mm，长约110 m，附近房屋和地面也出现拉裂变形，这些迹象表明，斜坡一带正发生山体滑坡。

滑坡位于某溪左岸斜坡下部，老滑坡后缘高程950

～960 m，前缘高程820～865 m，相对高差85～140 m。附近居民房屋一带强烈变形区后缘高程875～880 m，前缘高程830～845 m与前缘相对高差约50 m。老滑坡范围内总体地貌特征为，平面上为一圈椅形地貌，两侧以冲沟为界，后缘为某镇至市区公路上方鞍状地形地带，纵向上为多级阶梯状地形，后缘鞍形地至公路附近为区内最高1级台地，主要分布大片水田，横向宽60～70 m，纵向长约50 m，坡度5°～7°。公路下方医院住宅区范围内为第2级台阶，横向宽约150 m，纵向长约50 m，其原始斜坡度从西侧尚未建房的地带推算为8°～10°。其下方医院病房区域内为第3级台地，横向宽约80 m，纵向长约60 m，原始坡度5°～8°。医院下方为陡坡地带，坡度24°～29°，前缘临某溪段坡度28°～30°，局部达45°～50°。如图1所示，2级圈椅形地貌范围恰为强变形区和弱变形区的范围。

图2 Ⅱ-Ⅱ＇剖面浅层滑面稳定性计算条分图

表1Ⅰ号浅层滑体持续暴雨工况下抗剪强度参数反演分析表

表2 II号浅层滑体持续暴雨工况下抗剪强度参数反演分析表

表3 滑坡稳定性计算过程中滑带土抗剪强度参数取值统计表

2 计算方案的选取

据野外调查和室内资料分析，老滑坡体处于稳定状态，其前缘浅层滑坡体处于不同程度的复活变形阶段，本次选取Ⅱ-Ⅱ＇主剖面分别对老(深层)滑面、次级(浅层)滑面进行稳定性计算。主剖面计算见图2。

2.1 计算参数的确定

计算参数主要包括滑体土容重及滑带土的抗剪强度参数C、 值。

1)滑体土容重。滑体土天然饱和容重按原状样室内试验成果统计分析，结合野外钻探浅井揭露的土石比，及孔(井)内地下水埋深情况综合确定，滑体土由粘性土夹碎块石及碎块石夹粘性土组成，土石比综合取4∶6，滑体土天然容重室内测试平均值为20.4 kN/m3，饱和容重测试平均值为20.7 kN/m3。

2)滑带土抗剪强度参数C、 值。本文只选取Ⅱ-Ⅱ＇主剖面前缘2个浅层滑体作为实体模型，采用饱和状态来拟合连续暴雨工况。据野外调查滑坡体变形特征，确定强变形区I号浅层次级滑体在连续暴雨为临界蠕滑状态，稳定系数取Fs=1.0，选取此时滑带土对应的内聚力C=23 kPa，内摩擦角 =14.5°，作为饱和状态I号滑带土的抗剪强度参数反演值。对于弱变形区II号浅层次级滑体由于稳定性较I号滑体稳定，故在持续暴雨相同工况下取Fs=1.02，选取C=26 kPa，=16°，作为饱和状态II号滑带土的抗剪强度参数反演值，如表1、表2所示。

由表1、表2可知，当C=23 kPa， 由14°→15°每增加1°，则Fs值由0.977 9→1.025 2，增加 4.6%;而当 =14.5°，C 值由23 kPa→24 kPa，则Fs值由1.001 9→1.0174，增加1.55%，由此看来，I号浅层滑体Fs对 的反应比对C的反应要灵敏。

2.2 参数的确定

对于I号浅层滑体滑带土由于处于贯通阶段，C、 应取饱和快剪残值;II号浅层滑体滑带土处于正在贯通阶段，C、 应取饱和快剪残、峰值之间值，并结合抗剪强度参数反演值等综合确定，具体如表3所示。

对于I号浅层滑体的滑带土，饱和状态下抗剪强度参数采用值C=23 kPa， =14.8°，其对试验值和反演值所占的权重分别为:10%、90%;对于II号浅层滑体的滑带土，饱水状态下抗剪强度参数采取值C=25 kPa，=16.3°，其对试验值和反演值所占的权重分别为:10%、90%;老滑体的滑带土抗剪强度参数取值主要是根据试验值确定。

2.3 计算工况选取

滑坡紧邻某镇及居民集中居住区，且居民集中居住区位于滑坡体中部，鉴于滑坡所处的特殊地理位置，滑坡防治工程等级为二级，安全系数取1.16，其荷载组合应包括基本荷载和特殊荷载，具体可按以下3种工况进行计算:工况I为自重天然状态，安全系数取1.16;工况II为自重+持续暴雨，安全系数取1.16;工况III为自重+持续暴雨+地震，地震按0.15g考虑，安全系数取1.06。

3 不平衡推力法分析计算

不平衡推力法是核算边坡稳定时经常使用的一种方法，它适用于任何形状的滑裂面。老滑移面和潜在滑移面均呈折线型，因此本次稳定性计算方法采用不平衡推力传递系数法，计算公式为:

滑坡剩余下滑推力计算公式为:

其中:传递系数;Ψ =cos(αi-1-αi)sin(αi-1-αi)tani;下滑力 Ti=Wisin αi+Acos αi;抗滑力 Ri=Wi(cos αi-Asin αi)CiLi;Pi为第i条块推力/(kN/m);Pi-1为第i条块的剩余下滑力/(kN/m);Wi为第i条块的重量/kN;Ci、i为第i块的内聚力/kPa及内摩擦角/(°);Li为第i条块长度/m;αi为第i块的滑面倾角/(°);A为地震加速度(重力加速度g);Ks为设计安全系数。

1)自重。Ti=Wisin αi，Ni=Wicos αitani+CiLi。2)自重 + 地震力。Ti=Wi(sin αi+ αcos αi);Ni=［Wicos αi+ αsin αi］tani+CiLi。

不平衡推力法有2种解法:隐式法和显示法。隐式法以微调的方式通过不断迭代得到的结果是比较准确的。但就工程实践而言比较繁琐，应用不够方便。同时其误差大小取决于滑面控制点处滑面的倾角变化，该变化越大，误差越大［7］。本实例是通过判别现场划分工程等级，取土实验从而确定各个工况下的C、 ，再经实践经验为不同工况设定安全系数，将计算出的Fs控制在安全系数之内时就可以实现稳定。相对隐式法，该方法既能使计算方便有效，又能够保证系数的安全性和实用性。但该方法受工程经验要求、现场勘察、不同工况下Fs的划分和折线形滑坡面适用等因素的局限。

表4 滑坡稳定性及剩余下滑力计算结果统计表

3.1 滑坡推力计算结果

由于老滑坡体是稳定的，因此本文只对3条剖面的II号浅层滑体进行条块参数统计。滑坡在以上3种不同工况下其Ⅱ-Ⅱ＇剖面按传递系数法进行稳定性计算，其结果如表4所示。

从表4可知，Fs=1.057 9～1.082 1时，表明滑体处于基本稳定状态;持续暴雨滑体饱水情况下(工况II)，滑坡前缘2个浅层次级滑体的Fs=1.006 1～1.004 7，均处于欠稳定状态，局部处于临界蠕滑状态;在持续暴雨+地震情况下，滑体中部(剖面II)的Fs=0.966 8、0.973 8，表明中部滑体处于不稳定状态，即失稳。两侧(I、Ⅳ剖面)的Fs=0.984 2～1.002 9，表明处于欠稳定状态，局部处于不稳定状态。以上计算结果与野外调查得出的结论基本一致。

3.2 滑坡稳定性评价

3.2.1 评价标准

根据滑坡体变形特征及目前各滑体所处的状态，结合稳定性计算结果，可以将滑坡稳定性评价标准划分为:1)Fs＜1.0不稳定;2)1.0＜Fs＜1.06欠稳定;3)1.05＜Fs＜1.16基本稳定;4)Fs＞1.16稳定。

3.2.2 滑坡稳定性评价

滑坡体分为I号浅层滑体、II号浅层滑体和老滑体，老滑面在压实闭合过程中，裂隙减少，密实度加强，其抗剪强度也大为提高，老滑坡体在3种计算工况下的Fs=1.193 5～1.521 9，这些数据均表明老滑坡体处于稳定状态，同时安全储备较高。I、II号浅层滑体的Fs=0.967 5～1.082 3，表明I、II号浅层滑体处于不稳定—基本稳定状态，且I号滑体稳定性较II号滑体差，从横向上看，滑坡体中部稳定性比两侧差;从滑坡纵向上来看，其前缘稳定性较中部、中后部差。对I、II号浅层滑体，天然状态下(工况I)，滑体中部(剖面II)的Fs=1.042 9～1.043 6，表明滑体处于欠稳定状态。

4 结语

本文分析了在不同工况影响下的不平衡推力法对滑坡稳定评价的比较。工况I:Fs=1.057 9～1.082 1处在稳定状态;工况II:Fs=1.006 1～1.004 7处在欠稳定状态;工况III:Fs=0.966 8、0.973 8处在失稳状态，计算结果和野外调查结论基本一致。说明不平衡推力法在滑面为折线形或可以简化为折线形的计算方面比较准确。就存在的问题而言，应做如下细化:滑面中所有控制点处的倾角值αi-1与αi的差值必须小于10，若满足该条件其误差可控制在3%以内。实验获得的C、 值的取值范围尽可能取大值。

［1］王恭先，徐峻龄，刘光代，等.滑坡学与滑坡防治技术［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

［2］徐邦栋.滑坡分析与防治［M］.北京:中国铁道出版社，2001.

［3］铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册:路基［M］.北京:中国铁道出版社，1992.

［4］时卫民，郑颖人，唐伯明，等.边坡稳定不平衡推力法的精度分析及其使用条件［J］.岩土工程学报，2004，26(3):313-317.

［5］张鲁渝，郑颖人，时卫民.边坡稳定分析中关于不平衡推力法的讨论［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(1):177-182.

［6］孟庆银.用不平衡推力法快速计算边坡的稳定因数［J］.土工基础，2010，24(6):53-55.

［7］郑颖人，时卫民.不平衡推力法使用中应注意的问题［J］.重庆建筑，2004(2):6-8.

Application of Unbalanced Thrust Transfer Coefficient Method in Landslide

HE Zhengjie* ，ZHU Shouzeng，MI Chengyu
(Civil Engineering College，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

Unbalanced thrust method is known as transfer coefficient method or residual thrust method.It has a clear concept，simple calculation can be directly used to estimate the characteristics of landslide thrust，but there are also problems such as poor accuracy.In this paper，unbalanced thrust method is employed，which is divided by evaluating the project site level，and soil test is used to determine the various conditions of the C，and different working conditions to set the safety factor，a landslide in Sichuan landslide stability in different conditions is analyzed and calculated，the results are consistent with the actual survey.Compared with the implicit method，the unbalanced thrust method is simple and effective，and has a wide range of applications in engineering practice.

Unbalanced thrust method;Status of different project;Landslide stability calculation

TU43

A

2095-5383(2013)04-0071-03

2013-10-14

广西岩土力学与工程重点实验室项目“岩溶地质灾害成灾机理研究”(11-CX-02-3)

何正杰(1988-)，男(壮族)，广西钦州人，在读硕士研究生，研究方向:地基处理，通信作者邮箱:he1988jie@sohu.com。

朱寿增(1963-)，男(汉族)，广西桂平人，副教授，学士，研究方向:岩土工程。