多级滑坡相互作用机理及稳定性分析

张永康

（中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

多级滑坡相互作用机理及稳定性分析

张永康

（中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

通常一个大型滑坡常常不是单一的一块，多可以被分成几级或几块，某一级的变形会不同程度地影响到与其毗邻的级的稳定。有时，这一级的滑动还会对周边坡体造成一定的破坏。对多级相互滑坡的作用机理进行了较为深入的分析，提出考虑多级滑坡相互作用的稳定性分析方法，最后通过算例分析，表明对于多级滑坡互交叠的情况，在进行滑坡稳定性分析时，若不考虑各级滑坡的相互影响，很有可能导致计算结果偏于不安全。

多级滑坡；作用机理；稳定性

1　引言

《滑坡学与滑坡防治技术》（王恭先、徐峻龄等，2004）一书中曾指出：“大凡一个大型滑坡常常不是单一的一块，多可以被分成几级或几块（前者更为常见），在某一级上进行工程活动（如开挖或加载）不仅会破坏这一级的稳定，这一级的失稳也会不同程度地影响到与其毗邻的级的稳定。有时，滑坡体的滑动还会对周边坡体造成一定的破坏，譬如：南昆线的八渡滑坡，修筑站场的开挖部位恰是中级滑坡的前缘，在这一部位开挖对中级滑坡显然是不利的，挖去了其支撑部位的岩体，中级滑坡复活乃是情理中事，对下级滑坡本不应产生什么影响，起初下级滑坡也确实没有复活，但是，由于大量弃土堆积在下级滑坡上和施工过程中大量地表水的下渗，再兼罕见的暴雨，可造成巨大危险的下级滑坡也终被“激活”。”由此可见，多级滑坡是一种较为常见的现象，例如发育在多盘公路上的麦秀山滑坡，而且各级滑坡之间的相互影响也是客观存在的，但目前滑坡的稳定性分析中还较少考虑这一因素的影响，这对工程而言有可能是不利的。因此，本文拟从多级滑坡的相互作用机理方面入手，来探讨考虑各级滑坡相互影响的稳定性分析方法，并给出计算实例以说明。

2　多级滑坡相互作用机理

以两级滑坡为例，如图1所示，前级滑坡为A1B1C1D1，后级滑坡为A2B2C2D2；O点为两级滑坡在断面上的交点位置。

图1　两级滑坡相互作用示意图

若前级滑坡失稳，其后缘OD1主动拉裂张开，对于后级滑坡而言，相当于在其坡脚卸载，抗滑力减小，且岩体卸荷松弛，造成坡脚岩体质量恶化，降低了后级滑坡的稳定性。

若后级滑坡失稳，滑体向前蠕动变形，不断挤压抗滑段A2B2，对于前级滑坡而言，相当于在其后缘的OD1段加载，增加了下滑力，对前级滑坡稳定性不利。

可以看出，两级滑坡的相互作用主要体现在两级滑坡的滑体共用部分的受力上，即图中的A2B2OD1部分，该部分既是前级滑坡的牵引段，同时又是后级滑坡的抗滑段。为此，取出滑体共用部分的分离体进行单独研究，如图2所示。图中的P是作用在OD1上的合力，W是滑体重力，S为A2O段滑面上的剪力，N为A2O段滑面上的正压力。

当前级滑坡失稳向下发生整体滑动时，OD1段完全张开，此时P=0（不考虑岩土体的抗拉强度）；当后级滑坡失稳时，分离体将沿A2O1段滑面达到极限平衡状态，此时的P达到最大值Pmax。因此，若不考虑岩土体的抗拉强度，P的取值范围为0～Pmax，但具体数值应该取决于前级滑坡和后级滑坡的变形破坏过程和阶段。

图2　共用滑体受力分析图示

3　考虑多级滑坡相互作用的稳定性分析方法

3.1前级滑坡首先失稳

当前级滑坡失稳时，前级滑坡的稳定性分析和滑坡推力计算仍可按照常规办法进行计算。

对于后级滑坡而言，前级滑坡失稳将造成滑体共用部分A2B2OD1脱离后级滑坡，O1D1段成为临空面，作用其上的P值变为0，在稳定性分析时，可直接将该共用滑体部分从后级滑坡中移除，按照新的滑坡形状（D1OC2D2），采用常规稳定性分析方法计算即。

图3　前级滑坡失稳对后级滑坡的影响

3.2后级滑坡失稳定

当后级滑坡失稳时，滑体不断向前挤压，作用于O1D1上的推力P不断增加，当共用滑体A2B2OD1达到极限平衡状态时，推力P达到最大值，这也是对前级滑坡而言的最不利状态。如图4所示。

图4　后级滑坡失稳对前级滑坡的影响

后级滑坡的稳定性分析方法仍可按照常规方法计算。前级滑坡的稳定性分析则要考虑推力P的作用，实际分析时，可按照以下两个步骤进行分析：

3.2.1推力P的确定

推力P的计算按照最不利状态考虑，以两级滑坡的共用滑体部分A2B2OD1为研究对象进行分析，假设其在推力P的作用下达到极限平衡状态，计算图示如图5。计算方法参照我国铁路和工民建等部门常用的传递系数法进行推导。

假定如下：

1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间的挤压变形；

2）条块之间只传递压力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂；

3）条块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点；

4）垂直滑坡主轴取单位长度宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力；

5）推力P为作用在交界面O1D1上的合力，作用在交界面的中点，其大小和方向由极限平衡条件确定。

图5　推力P计算图示

取第i块为分离体，将各力分解在该条块滑面的方向上，可得以下方程：

由上式可得出第i条块的剩余下滑力Ei，即

式中：Ei——第i块滑体剩余下滑力；

Ei-1——第（i-1）块滑体剩余下滑力；

Wi——第i块滑体的重量；

Ri——第i块滑体滑床反力；

Ψi——传递系数；

Ψi——cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）tanφi

ci——第i块滑体滑面上岩土体的粘聚力；

li——第i块滑体的滑面长度；

ψi——第i块滑体滑面上岩土的内摩擦角；

αi——第i块滑体滑面的倾角；

αi-1——第（i-1）块滑体滑面的倾角。

计算推力P时，首先设第n条块（最后一个条块）的剩余下滑力En=0，从下往上逐块进行计算（注：常规传递系数法计算是从上往下计算），逐步计算出第1条块的下方推力E1，然后根据第1条块的静力平衡方程求出推力P。

3.2.1前级滑坡稳定性分析

在求得推力P后，前级滑坡稳定性仍可按常规采用传递系数法进行计算，与平常不同的是，两级滑坡的交界面O1D1上的合力用计算出的推力P代替，如图6所示。

图6　前级滑坡稳定性分析图示

其中第1块：

其他块体：

式-3～式-7中符号同3.2.1。

4　算例

某滑坡地质断面图如图7所示，滑坡分为前后两级，且前级滑坡与后级滑坡之间存在交叠，滑体容重为20kN/m3，其他参数如图7所示。试用两种方法（不考虑两级滑坡相互作用的常规方法和考虑相互作用的方法）分别计算两种情况下（前级滑坡首先失稳和后级滑坡首先失稳）各级滑坡的稳定性系数。

图7　滑坡断面图

采用本文推荐方法计算出各工况下各级滑坡的稳定系数见表1。

表1　各工况下滑坡稳定系数

由表1可知，对于前级滑坡首先失稳工况，当不考虑各级滑坡相互作用时，采用传递系数法计算出后级滑坡的稳定系数为1.278，若考虑滑坡相互作用，即将共用滑体部分去除后进行计算，其稳定系数仅为0.895，这表明前级滑坡失稳会引起后级滑坡发生牵引式破坏。对于后级滑坡首先失稳工况，不考虑相互作用和考虑相互作用算出的前级滑坡稳定系数分别为1.176和0.814，这表明后级滑坡失稳会向前推挤岩体，致使前级滑坡发生推移式滑动破坏。由此可以看出，对于多级滑坡相互交叠的情况，在进行滑坡稳定性分析时，若不考虑各级滑坡的相互影响，很有可能导致计算结果偏于不安全。

5　结束语

1）多级滑坡在大型滑坡中是一种常见的客观现象，在滑坡分析中，要详细分析其相互作用关系；

2）多级滑坡的作用机理主要表现为：若前级滑坡失稳，其后缘主动拉裂张开，对于后级滑坡而言，相当于在其坡脚卸载，抗滑力减小，且岩体卸荷松弛，造成坡脚岩体质量恶化，降低了后级滑坡的稳定性；若后级滑坡失稳，滑体向前蠕动变形，不断挤压其抗滑段，对于前级滑坡而言，相当于在其后缘段加载，增加了下滑力，对前级滑坡稳定性不利；

3）对于多级滑坡相互交叠的情况，在进行滑坡稳定性分析时，若不考虑各级滑坡的相互影响，很有可能导致计算结果偏于不安全。

［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］ GB50021-2001，岩土工程勘察规范（2009年版）［S］.

［4］ 林懂明，皮有良，黄海浪，等.南昆线八渡K343滑坡的工程地质条件及治理研究［J］.工程地质学报，2002，10（2）：220-224.

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