煤系土淺層滑坡的影響因素敏感性分析

祝 磊，洪寶寧

（1.水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，合肥 230088；3.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，南京 210098）

煤系土淺層滑坡的影響因素敏感性分析

祝 磊1，2，洪寶寧3

（1.水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，合肥 230088；3.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，南京 210098）

基于彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法研究了影響煤系土淺層滑坡主要因素的敏感性，計(jì)算表明煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性的敏感性從大到小依次為邊坡坡度、滑動(dòng)面巖土體的黏聚力、滑動(dòng)面巖土體內(nèi)摩擦角、風(fēng)化厚度、坡高，而巖土體的彈性模量和泊松比對(duì)煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性影響不顯著。研究成果為煤系土塹坡設(shè)計(jì)、施工和處治提供了理論依據(jù)，具有一定的實(shí)際意義。

煤系土；淺層滑坡；彈塑性有限元；接觸算法；敏感性

1 概 述

煤系土具有特殊的工程特性［1，2］，屬于不良土之一，其邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞與一般土質(zhì)邊坡不同，煤系土土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和物理力學(xué)性質(zhì)的特殊性，造成煤系土滑坡具有特殊的破壞模式。煤系土邊坡完工的初期，表層和內(nèi)部土體的物理力學(xué)性質(zhì)基本上是一致的，對(duì)煤系土邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)可以考慮為均質(zhì)體，與一般的土質(zhì)邊坡相同。但未進(jìn)行處治的煤系土邊坡在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的氣候變化、風(fēng)化、崩解等作用后，自表及里形成強(qiáng)度分區(qū)，由于干濕的反復(fù)作用，表層中產(chǎn)生很多裂隙，雨水沿著不斷發(fā)育的裂隙深入，使煤系土土塊崩解、軟化并使其密度變小，劣化了表層煤系土的力學(xué)性質(zhì)［3］；而在一定深度下煤系土仍保持天然狀態(tài)時(shí)的抗剪強(qiáng)度值，這就要求我們對(duì)煤系土邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)考慮土體強(qiáng)度分區(qū)。而且，在強(qiáng)度分區(qū)的過(guò)渡帶煤系土在長(zhǎng)期的浸水和干燥之后，其物理力學(xué)性質(zhì)弱化比較嚴(yán)重，再加上降雨滲流使淺層細(xì)粒煤系土下滲至過(guò)渡帶，促使過(guò)渡帶的煤系土不斷泥化，導(dǎo)致過(guò)渡帶煤系土力學(xué)性質(zhì)最差，成為煤系土邊坡最薄弱的位置，此位置即為邊坡潛在的滑動(dòng)帶（面）。所以煤系土邊坡經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的風(fēng)化作用后，在每年雨季極易發(fā)生淺層滑坡，這是煤系土地區(qū)最普遍的路塹邊坡面病害之一，也是煤系土邊坡特殊的破壞模式。針對(duì)煤系土特殊的破壞模式，就應(yīng)該采用相應(yīng)的分析方法和計(jì)算方法來(lái)分析煤系土邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)。

針對(duì)煤系土淺層滑坡的特殊破壞模式，采用彈塑性接觸有限元方法來(lái)研究煤系土淺層滑坡的穩(wěn)定性，對(duì)于煤系土邊坡的軟弱帶（滑動(dòng)帶）設(shè)置接觸單元，將不斷折減接觸單元中設(shè)定的參數(shù)即軟弱帶（滑動(dòng)帶）的黏聚力和內(nèi)摩擦角計(jì)算煤系土淺層滑坡的穩(wěn)定性，能真實(shí)反映煤系土邊坡的變形解體和破壞實(shí)際工作狀況，通過(guò)不斷折減軟弱帶（滑動(dòng)帶）的黏聚力和內(nèi)摩擦角來(lái)反映在干濕循環(huán)和降雨對(duì)煤系土邊坡土體強(qiáng)度的劣化，進(jìn)一步解釋煤系土淺層滑坡機(jī)理，為煤系土邊坡的治理與加固提供決策依據(jù)。

煤系土滑坡是煤系土地區(qū)常見(jiàn)的一種地質(zhì)災(zāi)害。由于煤系土邊坡經(jīng)過(guò)一定的時(shí)期風(fēng)化作用后，其邊坡土體由均質(zhì)體變?yōu)樽员砑袄锏膹?qiáng)度分區(qū)，存在一個(gè)軟弱滑動(dòng)帶（面），導(dǎo)致煤系土邊坡發(fā)生大量的淺層破壞。為了認(rèn)識(shí)煤系土淺層滑坡的機(jī)理并能為后續(xù)的煤系土邊坡治理提出有效加固措施，本文擬采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法，結(jié)合廣梧高速公路煤系土邊坡工程實(shí)例，對(duì)影響煤系土淺層滑坡的因素敏感性進(jìn)行計(jì)算分析和研究，不但可以判斷煤系土淺層滑坡形成機(jī)制，也對(duì)煤系土淺層滑坡失穩(wěn)災(zāi)害的防治及邊坡治理提供設(shè)計(jì)依據(jù)都具有重要意義。

2 彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法

毛堅(jiān)強(qiáng)［4］指出存在于巖土結(jié)構(gòu)與巖土體如基礎(chǔ)-土體、擋土結(jié)構(gòu)-土體、地下結(jié)構(gòu)-圍巖之間的作用面以及巖土體自身中的節(jié)理或軟弱夾層，土（巖）中滑坡的滑動(dòng)面等不連續(xù)面對(duì)結(jié)構(gòu)及巖土體的受力變形有著不可忽略的影響，在計(jì)算中不應(yīng)無(wú)視它的存在，為此提出了用接觸有限元方法進(jìn)行求解，并證明了該法求解巖土工程問(wèn)題的可行性及有效性。

對(duì)于均質(zhì)巖土體邊坡，采用強(qiáng)度折減法對(duì)巖土層c和φ值進(jìn)行折減計(jì)算，所獲得的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與實(shí)際相符。但對(duì)于含有軟弱結(jié)構(gòu)面或者是潛在滑動(dòng)面的不均質(zhì)巖土體邊坡，采用強(qiáng)度折減法對(duì)巖土層c和φ值進(jìn)行折減計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，忽略了巖土層界面的滑動(dòng)，與實(shí)際情況有出入。為此，基于有限元強(qiáng)度折減法理論，引入接觸單元的概念，采用一種新的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算方法接觸面強(qiáng)度參數(shù)折減法，即在巖土層界面、軟弱結(jié)構(gòu)面或者潛在滑動(dòng)面設(shè)置為接觸單元，通過(guò)對(duì)接觸面強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減，計(jì)算至不收斂時(shí)對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)即為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)計(jì)算過(guò)程僅對(duì)接觸單元強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減，能真實(shí)地反映邊坡實(shí)際工作情況。

3 敏感性分析原理

敏感性分析是系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種不確定性分析方法。

通常來(lái)說(shuō)，滑坡的安全系數(shù)可以視為多種影響因素的函數(shù)，則滑坡的安全系數(shù)可表示為式中：k為滑坡的安全系數(shù)；xi為第i個(gè)影響因素；n為影響滑坡的安全系數(shù)因素的個(gè)數(shù)。

由式（1）可以得出該函數(shù)的泰勒展開(kāi)式：

如果只有xi影響因素改變，其它因素都不發(fā)生變化，則式（2）可表示為

定義k的變化量與影響因素xi的變化量之比為k對(duì)xi的敏感度Si，則Si＝（Δki／k）／（Δxi／xi），其含義是第i個(gè)影響因素xi變化1個(gè)百分點(diǎn)，將引起滑坡的安全系數(shù)改變Si個(gè)百分點(diǎn)。Si采用下式計(jì)算：

敏感性分析方法采用步驟如下：先選取煤系土邊坡巖土體一組基準(zhǔn)參數(shù)，使用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算出基準(zhǔn)參數(shù)下的煤系土淺層滑坡安全系數(shù)，然后選取任意一個(gè)影響因素在基準(zhǔn)值附近可能范圍內(nèi)變化，且保持其它影響因素不變來(lái)計(jì)算煤系土淺層滑坡安全系數(shù)，最后根據(jù)式（4）計(jì)算各影響因素的敏感性。

目前對(duì)煤系土邊坡安全系數(shù)各參數(shù)的影響程度還不確定，因此有必要作相應(yīng)的敏感性分析，以便確定各種影響因素對(duì)煤系土邊坡安全系數(shù)的變化趨勢(shì)影響程度，從而找到各影響因素對(duì)煤系土邊坡安全系數(shù)的敏感性。敏感性分析方法是解決此類問(wèn)題的一種很好方法，主要是研究影響滑坡穩(wěn)定性的各因素與相應(yīng)的安全系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系［5－7］。

4 計(jì)算網(wǎng)格

廣梧高速公路粵境段肇慶至云浮地處粵西北云浮地區(qū)，沿線分布較多的煤系土，煤系土由于遇水易軟化，抗剪強(qiáng)度極低，在每年雨季4至9月份煤系土極易發(fā)生淺層滑坡［2］。根據(jù)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)配合施工所取得的經(jīng)驗(yàn)，一般抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c＝6～20 kPa，φ＝24°～35°，在地下水發(fā)育地帶，其指標(biāo)更低，可至c＝6～10 kPa，φ＝24°～28°。下面選擇其路段某一煤系土淺層滑坡，邊坡坡體網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。

圖1 邊坡網(wǎng)格劃分Fig.1 Slopemesh generation

計(jì)算中選取煤系土邊坡巖土體一套基準(zhǔn)參數(shù)如下：邊坡高度為8 m，坡度為40°，黏聚力c為16 kPa，內(nèi)摩擦角φ為31°，坡面風(fēng)化厚度為1.5 m，采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法對(duì)影響煤系土滑坡體的因素進(jìn)行敏感性計(jì)算分析，尋找敏感性強(qiáng)的不確定性因素，從而為分析其產(chǎn)生的原因、采取相應(yīng)煤系土路塹邊坡的施工設(shè)計(jì)和防治對(duì)策提供依據(jù)。

5 煤系土淺層滑坡影響因素的敏感性分析

5.1 滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土滑動(dòng)面21°～35°不同內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)見(jiàn)圖2。由圖可知，當(dāng)滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角從21°～35°范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角變化幾乎呈線性變化，滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有很大影響，隨著滑動(dòng)面摩擦角的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)也顯著增大。當(dāng)φ從27°減少到21°（降低約為22.22%）時(shí)，安全系數(shù)降低約為9.60%，由式（4）可求得煤系土滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角的敏感度約為0.43，而當(dāng)φ從27°增加到35°（增加約為29.63%）時(shí)，安全系數(shù)將增加約為14.23%，由式（4）可求得煤系土滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角的敏感度約為0.48。

圖2 滑動(dòng)面土體內(nèi)摩擦角與邊坡安全系數(shù)關(guān)系Fig.2 Relationship between internal friction angle of slip surface soil and slope safety factor

計(jì)算結(jié)果表明，煤系土淺層滑坡滑動(dòng)面土體內(nèi)摩擦角的增加對(duì)安全系數(shù)影響較為敏感；煤系土淺層滑坡安全系數(shù)與滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角的關(guān)系曲線呈線性增加的形式。

5.2 滑動(dòng)面黏聚力的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土淺層滑坡的滑動(dòng)面6～20 kPa不同黏聚力進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 滑動(dòng)面土體黏聚力與邊坡安全系數(shù)關(guān)系Fig.3 Relationship between cohesion of slip surface soil and slope safety factor

由圖可知，當(dāng)滑動(dòng)面黏聚力從6～20 kPa范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨滑動(dòng)面黏聚力變化幾乎保持線性關(guān)系，滑動(dòng)面黏聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有很大影響，隨著滑動(dòng)面黏聚力的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)也顯著增大。當(dāng)c從12 kPa減少到6 kPa（降低約為50%）時(shí)，安全系數(shù)降低約為26.49%，根據(jù)式（4）可求得煤系土滑動(dòng)面黏聚力的敏感度約為0.53；當(dāng)c從12 kPa增加到20 kPa（增加約為66.67%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為33.68%，根據(jù)式（4）可求得煤系土滑動(dòng)面黏聚力的敏感度約為0.51。

綜上分析可知，煤系土淺層滑坡滑動(dòng)面土體黏聚力的減少對(duì)安全系數(shù)影響比滑動(dòng)面土體黏聚力的增加對(duì)安全系數(shù)的影響稍微敏感；隨滑動(dòng)面黏聚力增加煤系土淺層滑坡安全系數(shù)幾乎呈線性增加。

可以看出，煤系土滑動(dòng)面上的內(nèi)摩擦角和黏聚力一樣，對(duì)邊坡穩(wěn)定性有很大影響，增加滑動(dòng)面上的內(nèi)摩擦角和黏聚力能顯著提高邊坡的穩(wěn)定性，但實(shí)際上煤系土內(nèi)摩擦角的取值變化范圍很小，往往在27°～35°之間，故通過(guò)直接調(diào)節(jié)內(nèi)摩擦角對(duì)坡體穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)不大。高壓注漿能顯著提高煤系土的黏聚力，從而大大提高坡體的穩(wěn)定性，所以，高壓注漿的加固效果是顯著的。因此，在對(duì)此類邊坡的防治處理中，采用工程措施提高c值，可有效提高煤系土邊坡的穩(wěn)定性。

同時(shí)，由于降雨入滲水和地下水對(duì)滑動(dòng)面黏聚力的軟化作用較大，故在此類坡體中要注意有效地排水。

5.3 滑坡體風(fēng)化厚度的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土淺層滑坡體1～2 m不同風(fēng)化厚度進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)（見(jiàn)圖4）。

圖4 不同風(fēng)化深度與邊坡安全系數(shù)關(guān)系Fig.4 Relationship between different weathering depth and slope safety factor

由圖可知，當(dāng)煤系土風(fēng)化厚度從1～2 m范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨煤系土風(fēng)化厚度的增加而呈凹形的拋物線變化，對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)影響表現(xiàn)不一，開(kāi)始隨著風(fēng)化厚度的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)顯著減小，隨后風(fēng)化深度增加到一定厚度，邊坡的安全系數(shù)幾乎保持不變。當(dāng)風(fēng)化厚度從1.5 m減少到1 m（降低約為33.33%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為17.84%，根據(jù)式（4）可求得煤系土風(fēng)化厚度的敏感度約為0.54；當(dāng)風(fēng)化厚度從1.5 m增加到2 m（增加約為33.33%）時(shí)，安全系數(shù)降低約為8.50%，根據(jù)式（4）可求得煤系土風(fēng)化厚度的敏感度約為0.26。

綜上分析可知，煤系土風(fēng)化深度的降低對(duì)滑坡安全系數(shù)的影響比煤系土風(fēng)化深度的增加對(duì)滑坡安全系數(shù)的影響敏感；隨煤系土風(fēng)化深度的增加煤系土淺層滑坡安全系數(shù)逐漸減小，但煤系土風(fēng)化深度增加到一定程度時(shí)，煤系土淺層滑坡安全系數(shù)幾乎保持不變。

5.4 邊坡坡度的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土邊坡30.5°～45°不同坡度進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)（見(jiàn)圖5）。

圖5 不同坡度與邊坡安全系數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship between slope degree and slope safety factor

由圖可知，當(dāng)煤系土邊坡坡度從30.5°～45°范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨煤系土邊坡坡度變化呈微向上凹的拋物線變化，煤系土邊坡坡度對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有很大影響，隨著煤系土邊坡坡度的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)顯著減小。當(dāng)煤系土邊坡坡角α從37.57°減少到30.47°（降低約為18.90%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為19.82%，根據(jù)式（4）可求得煤系土邊坡坡度的敏感度約為1.05；當(dāng)γ從37.57°增加到45°（增加約為19.78%）時(shí)，安全系數(shù)降低約為13.60%，根據(jù)式（4）可求得煤系土邊坡坡度的敏感度約為0.69。

綜上分析可知，邊坡坡度的減小對(duì)煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)影響比邊坡坡度的增加對(duì)淺層滑坡的安全系數(shù)影響顯著，隨邊坡坡度的增加煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)呈向上凹的拋物線型下降。故在設(shè)計(jì)煤系土路塹邊坡時(shí)，合理選取坡度可以減少淺層滑坡的發(fā)生。

5.5 邊坡高度的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土邊坡6～8 m不同坡高進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)（見(jiàn)圖6）。

圖6 不同坡高與邊坡安全系數(shù)關(guān)系Fig.6 Relationship between slope height and slope safety factor

由圖可知，當(dāng)煤系土邊坡坡高從6～8 m范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨坡高變化呈向上凹的拋物線變化，煤系土邊坡坡高對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有很大影響：隨著煤系土邊坡坡高的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)顯著減小。當(dāng)坡高從7.2 m減少到6 m（降低約為17.14%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為5.98%，根據(jù)式（4）可求得煤系土邊坡坡高的敏感度約為0.35；當(dāng)坡高從7.2 m增加到8 m（增加約為11.11%）時(shí)，安全系數(shù)降低約為2.80%，根據(jù)式（4）可求得煤系土邊坡坡高的敏感度約為0.25。

綜上分析可知：煤系土邊坡高度下降對(duì)煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)影響比煤系土邊坡高度增加對(duì)滑坡的安全系數(shù)影響敏感；隨煤系土邊坡高度增加煤系土淺層滑坡安全系數(shù)微呈向上凹的拋物線型下降。

5.6 滑動(dòng)體彈性模量的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土滑動(dòng)體不同彈性模量進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)煤系土滑動(dòng)體彈性模量從106～108Pa范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨增加而增大，然而，煤系土滑動(dòng)體彈性模量從107Pa減少到106Pa（降低約為90.00%）時(shí)，安全系數(shù)減少約為5.43%，根據(jù)式（4）求得煤系土滑動(dòng)體彈性模量的敏感度約為0.06；當(dāng)煤系土滑動(dòng)體彈性模量從107Pa減少到108Pa（增加約為900%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為1.01%，根據(jù)式（4）可求得煤系土滑動(dòng)體彈性模量的敏感度約為0.001 122，所得結(jié)果幾乎沒(méi)有變化。可見(jiàn)，煤系土滑動(dòng)體彈性模量在此范圍內(nèi)對(duì)邊坡安全系數(shù)基本無(wú)影響。

5.7 滑動(dòng)體泊松比的敏感性分析

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法分別對(duì)煤系土滑動(dòng)體0.29～0.41不同泊松比進(jìn)行計(jì)算，得到煤系土淺層滑坡的安全系數(shù)見(jiàn)圖7。

圖7 不同泊松比與邊坡安全系數(shù)關(guān)系圖Fig.7 Relationship between poisson’s ratio and slope safety factor

由圖可知，當(dāng)煤系土滑動(dòng)體泊松比從0.29～0.41范圍變化時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨泊松比變化微呈向上凸的拋物線變化，煤系土滑動(dòng)體泊松比對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)影響很小，隨著煤系土滑動(dòng)體泊松比的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)增長(zhǎng)幅度很小。當(dāng)煤系土滑動(dòng)體泊松比從0.35減少到0.29（降低約為17.14%）時(shí)，安全系數(shù)減少約為1.06%，根據(jù)式（4）可求得煤系土滑動(dòng)體泊松比的敏感度約為0.061 736；當(dāng)泊松比從0.35增加到0.41（增加約為17.14%）時(shí)，安全系數(shù)增加約為0.91%，根據(jù)式（4）可求得煤系土滑動(dòng)體泊松比的敏感度約為0.005 312?？梢?jiàn)，煤系土滑動(dòng)體泊松比對(duì)煤系土淺層滑坡的穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。

6 結(jié) 論

采用彈塑性接觸有限元強(qiáng)度折減法對(duì)煤系土滑動(dòng)面巖土體的黏聚力、滑動(dòng)面巖土體的內(nèi)摩擦角、風(fēng)化厚度等影響煤系土邊坡穩(wěn)定的因素進(jìn)行了敏感性分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）通過(guò)7個(gè)方面的敏感度計(jì)算分析，表明在一定范圍內(nèi)影響煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性的敏感性從大到小依次為邊坡坡度、滑動(dòng)面巖土體的黏聚力、滑動(dòng)面巖土體內(nèi)摩擦角、風(fēng)化厚度、坡高，而煤系土滑動(dòng)體的彈性模量和泊松比對(duì)煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性影響不顯著。

（2）邊坡坡度與煤系土淺層滑坡安全系數(shù)關(guān)系曲線微呈向上凹的拋物線下降型，邊坡坡度在其影響因素中敏感度最大，隨著煤系土邊坡坡度的增加，其相應(yīng)的敏感度逐漸減小。煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性對(duì)于邊坡坡度較為敏感，但單純放緩邊坡坡度并不是防治這種破壞的最有效措施，重要的是做好坡面隔水防水、防止淺層煤系土土體的風(fēng)化等工作，這需要我們?cè)诮窈蟮拿合低吝吰略O(shè)計(jì)和防治工作中給予足夠的重視。

（3）邊坡安全系數(shù)與煤系土滑動(dòng)面黏聚力和內(nèi)摩擦角關(guān)系曲線幾乎呈線性變化，對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有很大影響，隨著滑動(dòng)面黏聚力和內(nèi)摩擦角的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)也顯著增大，但滑動(dòng)面黏聚力對(duì)滑坡的安全系數(shù)影響稍微敏感些。

（4）邊坡坡度對(duì)煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性的影響比其它影響因素敏感程度大得多。但是，對(duì)于具體煤系土淺層滑坡來(lái)說(shuō)，由于邊坡的坡度保持不變，所以滑動(dòng)面巖土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角是影響具體煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性的主要因素?？梢?jiàn)，邊坡坡度大、具有低黏聚力滑動(dòng)面的煤系土淺層滑坡的穩(wěn)定性較差，而連續(xù)降雨會(huì)劣化了滑動(dòng)面和滑動(dòng)體中煤系土土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，對(duì)煤系土淺層滑坡的穩(wěn)定性將產(chǎn)生最不利影響。

可見(jiàn)，本文利用敏感度分析法來(lái)研究和分析煤系土淺層滑坡穩(wěn)定性的各因素與相應(yīng)的滑坡穩(wěn)定性之間的相關(guān)關(guān)系，不但可以認(rèn)識(shí)淺層滑坡發(fā)生破壞的形成機(jī)制，找出淺層滑坡的主要誘發(fā)因素，而且對(duì)煤系土淺層滑坡失穩(wěn)災(zāi)害的防治及邊坡治理提供設(shè)計(jì)依據(jù)都具有重要意義。

［1］ 祝 磊，洪寶寧.粉狀煤系土的物理力學(xué)特性［J］.巖土力學(xué)，2009，30（5）：1317－1322.（ZHU Lei，HONG Bao-ning.Physico-Mechanical Characteristics of Powdered Soil of Coal Measure Strata［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30（5）：1317－1322.（in Chinese））

［2］ 祝 磊，洪寶寧.廣東云浮礫狀煤系土的物理力學(xué)特性［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009，36（1）：86－89.（ZHU Lei，HONG Bao-ning.Physico-Mechanical Characteristics of the Rudaceous Soil of Coal Measure Strata in Guangdong Yunfu Region［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2009，36（1）：86－89.（in Chinese））

［3］ 祝 磊，洪寶寧.降雨作用下煤系土塹坡的穩(wěn)定性分析［J］.巖土力學(xué)，2009，30（4）：1035－1040.（ZHU Lei，HONG Bao-ning.Stability Analysis of Coal Measure Soil Slope Under Rainfall Infiltration［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30（4）：1035－1040.（in Chinese））

［4］ 毛堅(jiān)強(qiáng).接觸問(wèn)題的一種有限元解法及其在巖土工程中的應(yīng)用［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2004，37（4）：70－75.（MAO Jian-qiang.A Finite Element Approach for Contact Problems and Its Application for Geotechnical Project［J］.China Civil Engineering Journal，2004，37（4）：70－75.（in Chinese））

［5］ 嚴(yán)春風(fēng)，劉東燕，張建輝，等.巖土工程可靠度關(guān)于強(qiáng)度參數(shù)分布函數(shù)概型的敏感度分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18（1）：36－39.（YAN Chun-feng，LIU Dong-yan，ZHANG Jian-hui，et al.The Sensitivity Analysis of Reliability for the Probability Distribution Types of Parameters in Strength Criterion［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1999，18（1）：36－39.（in Chinese））［6］ 張治強(qiáng)，馮夏庭，祁宏偉，等.三峽工程永久船閘高邊坡巖體力學(xué)參數(shù)的敏感度分析［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（6）：637－640.（ZHANG Zhi-qiang，F(xiàn)ENG Xia-ting，QIHong-wei，etal.Sensitivity Analysis of Rock Mechanical Parameters in Permanent Shiplock of Three Gorges Project［J］.Journal of Northeastern University（Natural Science），2000，21（6）：637－640.（in Chinese））

［7］ 黃書(shū)嶺，馮夏庭，張傳慶.巖體力學(xué)參數(shù)的敏感性綜合評(píng)價(jià)分析方法研究［J］.巖石力學(xué)工程學(xué)報(bào)，2008，27（增1）：2624－2630.（HUANG Shu-ling，F(xiàn)ENG Xia-ting，ZHANG Chuan-qing.Study on the Comprehensive Evaluation for Parameters of Constitutive Model of Rock Mass［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（Sup.1）：2624－2630.（in Chinese） ）

（編輯：姜小蘭）

Sensitivity Analysis on Influencing Factors of Shallow Landslide of Coal M easure Strata

ZHU Lei1，2，HONG Bao-ning3
（1.Water Resources Research Institute of the Huaihe River Commission of the Ministry ofWater Resources，Bengbu 233000，China；2.Construction Quality Supervision and Test Station of Anhui Province，Hefei 230088，China；3.Geotechnical Research Institute of Hohai University，Nanjing 210098，China）

Elasto-plastic contact FEM with strength reduction method is employed to study the sensitivity ofmain influencing factors of coalmeasure strata shallow landslides.The calculation indicates that the sensitivity of shallow landslide stability of coalmeasure strata ranges from maximum tominimum as follows：the slope degree，the cohesion of slip surface soil，the internal friction angle of slip surface soil，the weathering depth，and the slope height.Elastic modulus and Poisson’s ratio of rock-soilmass have less impact on the stability of shallow landslide of coal measure strata.The research results provide theoretical reference for the design，construction and treatment of coal measure strata slopes.

coalmeasure strata；shallow landslides；elastoplastic FEM；contact algorithm；sensitivity

P642

A

1001－5485（2011）07－0067－05

2010-11-23

祝 磊（1976-），男，安徽宿松人，博士，主要從事軟基監(jiān)控和巖土工程數(shù)值計(jì)算方面的研究，（電話）13855255179（電子信箱）zhuleianhui＠163.com。