铜川～黄陵公路沿线滑坡稳定性研究

孙明祥

(江门市勘测院有限公司，广东 江门　529000)

1　绪　论

滑坡是岩土变形中规模大、数量多、危害严重、性质比较复杂且具有一定规律的不良物理地质现象。它同崩塌、泥石流一样是山区常见的自然灾害。滑坡是指在一定自然条件下斜坡部分岩土，在重力作用下，由于自然及人为等因素的影响，沿着一定的软弱面或带整体、缓慢(有时也是急剧)的以水平位移为主的变形现象。斜坡的这种变形现象，轻则损坏建筑和生活设施；重则掩埋村镇、摧毁厂矿、中断交通、堵塞江河、破坏农田等，常给国家建设和人民生命财产造成严重损失。全国约有1/3的滑坡灾害发生于黄土地区[1]，据不完全统计，我国仅陕西省就已经发生黄土滑坡 1 131处[2，3，4]。表1列举了我国陕西地区较大滑坡灾害的实例，从中可看出其危害的严重性，所以，把滑坡作为一个工程地质问题和自然灾害来研究，其学术和经济意义是十分显著的。

我国陕西地区较大滑坡灾害的实例[5]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

2　研究区的滑坡灾害

本文以陕北地区铜川～黄陵段(以下简称“铜黄段”)公路沿线滑坡作为研究对象，据统计铜黄段公路穿越古滑坡约20处，滑坡段路线长度约 9 km，占路线全长9%。铜黄段30处工程滑坡，除6处小规模滑坡外，其余各处均进行了详细工程地质勘查工作。针对各个滑坡不同的形成机制和自身特点，均提出具有针对性的治理方案。治理措施中采用了抗滑挡墙、渗沟、抗滑桩、锚索抗滑桩、锚索框架梁、锚索肋板等抗滑措施，以及预应力锚杆、与喷射混凝土、混凝土板联合等其他工程措施。

由此可见，滑坡给人类活动的各个方面造成的损失是极为严重的。随着人们对这一不良自然地质现象的规律性认识逐渐深化，治理滑坡灾害的能力也在不断提高。近30年来，我国和其他国家一样，在防灾害方面做了大量工作，取得许多成功经验，也吸取了许多失败的教训。但是经济开发和人类活动的要求相比，滑坡所造成的损失并不能完全加以控制。对不同地质环境产生的滑坡，其作用机理的研究、预防和控制滑坡产生的研究，都还处于不成熟的定性阶段，至于定量的研究成果更少。

为了防患未然，最大限度地避免或减少滑坡灾害给人类活动和生命财产造成的损失，必须加强滑坡从定性到定量的研究，探索不同类型滑坡的发生发展规律，有效地预防和控制滑坡的产生，并做好滑坡整治和养护工作。

3　滑坡分布规律及类型

滑坡，作为一种自然或工程地质现象，和其他事物一样，有其发生、发展和消亡的完整过程。从不同的角度，不同的目的和其受力状态分类的方法也是不同的，不同的受力模式和状态，表现出不同的变形形迹，认识了这一点，就可以根据现场的形迹调查，判断出滑坡的性质、发育阶段和稳定状态。由于滑坡种类繁多，性质复杂，为了便于研究和防治，国外一些学者提出不同的分类方案，这些分类方案不尽适合我国黄土地区滑坡的实际情况。

本文根据多年实际滑坡的调查资料，根据各类滑坡的特征及发生、发展的规律，将其划分为黄土层内滑坡、黄土-基岩接触面滑坡和混合型滑坡3种基本类型，如表2所示。

滑坡分类表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

图1　冯家河地质剖面图

图2　陕西蓝田任家湾黄土接触面滑坡剖面图

图3　甘肃永靖黑方台混合型滑坡剖面图

4　典型滑坡实例稳定性及可靠性计算

滑坡稳定性判断是防治滑坡的关键问题之一，国内外学术和工程技术人员曾对此进行过大量的调查研究。基于滑坡是以地质为基础的岩土力学问题，我们根据长期的研究、实践将判定滑坡稳定性的方法归纳为以下几个方面：即地貌形态演变、地质条件对比、滑动因素变动、滑动迹象及其发展、山体平衡核算、滑坡稳定性计算、坡脚(基底)应力与岩土强度对比、结构物及岩土强度比拟计算，统称为工程地质比拟法。前四个方面是通过自然条件和作用因素及其变化的对比判断滑坡的稳定性，后四个方面则是用各种力学方法计算出滑坡稳定性在数量上的界限，每一方面都可以单独使用。本文以川口滑坡破坏概率计算为例，采用传递系数法，作为计算稳定性及可靠度的模型，建立极限状态方程。本次模拟拟定N=5 000。根据N个稳定系数值，统计出稳定系数z≤1的样本数，利用公式估算其破坏概率Pf=42.45%。取置信度a=0.05，结合函数关系，当取c为正态分布，φ为正态分布时，稳定系数的概率分布近似符合正态分布函数，如图4所示；破坏概率也是随机变量c、φ的函数，与稳定系数z一样，当N足够大时，也近似符合正态分布函数。因此，对破坏概率的均值和标准差进行置信度为0.05的区间估计。随着模拟次数的增大，无论是采用均值估计还是标准差估计，其区间宽度均随模拟次数的增加而呈减小的趋势，波动趋于稳定，随着N的增加，趋势趋于收敛，精度将提高。将模拟次数和破坏概率绘制如图5所示。由图可见，随着模拟次数N的增大，破坏概率逐渐趋于平缓稳定，当N小于4000时破坏概率波动较大呈现先减小后增大的趋势，当N大于4 000时，破坏概率变化不大，逐渐趋于稳定，故本文选择N=5 000是合理的。

图4　川口滑坡稳定系数频数分布直方图

图5　模拟次数N的变化

在川口滑坡以反复抗剪强度指标计算得稳定系数为1.011时，为极限状态，有近42%的破坏可能性。按传统的定值方法判断，该滑坡稳定性较差，依据破坏概率的大小可以将滑坡分5个等级[6]，如表3所示，属于中等危险。而采用饱和快剪强度指标计算得稳定系数为1.62，破坏概率仅5%，为极低危险滑坡。由此可见，即使采用破坏概率判别标准，参数的确定仍然非常重要。

破坏概率判别　　　　　　　　　　　表3

由计算分析知，当不考虑滑带土强度参数的变异性时，用定值方法计算出的滑坡剖面的稳定系数为1.011，滑坡为不稳定状态，当采用可靠性分析时，滑坡是基本稳定的。当稳定系数一定时，破坏概率的值与极限状态方程的各参数密切相关。如果各参数发生变化，则破坏概率也将变化。下面研究川口滑坡剖面，主要讨论黄土滑坡滑带土的变异性对可靠性评价的影响。图6为按c、φ的变异系数与破坏概率的关系点成图，基本有以下特点：

图6　变异系数和破坏概率的关系

(1)随着变异系数的增大，破坏概率也随之增大，φ的变异系数不变，而c的变异系数变化时，破坏概率随稳定系数变化较小，当c的变异系数不变而φ的变异系数变化时，破坏概率随稳定系数的均值变化较大。

(2)当稳定系数接近于1时，破坏概率在50%左右，且随参数变异系数的变化破坏概率变化幅度较小。根据袁晓蕾[7]讨论结果，当稳定系数增大，参数变异系数的变化对破坏概率的影响极其显著。但稳定系数极大时，参数变异系数的变化对破坏概率的影响又较低。

5　结　论

(1)通过对大量滑坡调查及前人资料归纳总结的结果表明，黄土滑坡给人类生命财产造成了巨大危害，因此由黄土滑坡引起的工程地质问题必须得到重视并且提出合理的治理措施。

(2)通过对滑坡调查统计表明，黄土滑坡的空间分布体现了其在宏观分布上的成群性和成带性分布的特点；根据黄土滑坡受力模式、受力形态和变形形迹将黄土滑坡分为黄土层内滑坡、黄土-基岩接触面滑坡和混合型滑坡3种类型。

(3)建立了基于传递系数法的滑坡可靠性分析模型，以川口滑坡为例，对其可靠性的规律进行了探讨，得出了土性参数的变异性、稳定系数和破坏概率是有内在联系的，模拟次数越大，计算的破坏概率精度越高；随机变量的均值和标准差估计对破坏概率计算的影响是明显的，破坏概率对滑带土的强度取值较敏感。

(4)本文对滑坡稳定性的研究为今后滑坡治理积累经验和进行技术储备，并解决了滑坡治理设计参数选定的难题。