梅州某殘積土滑坡穩(wěn)定性評價方法研究

姚 勇，穆 鵬

(1.嘉應學院 土木工程學院，廣東 梅州 514015;2.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

梅州某殘積土滑坡穩(wěn)定性評價方法研究

姚 勇1，穆 鵬2

(1.嘉應學院 土木工程學院，廣東 梅州 514015;2.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

殘積土;鐵路滑坡;穩(wěn)定性;四元聯(lián)系數;梅州

梅州地區(qū)花崗巖殘積土分布廣泛，花崗巖殘積土滑坡是威脅鐵路安全的主要地質災害，滑坡穩(wěn)定性評價方法歷來是工程地質領域的研究熱點。針對這一熱點問題，以梅州某鐵路殘積土滑坡為例，建立穩(wěn)定性評價模型，旨在為滑坡研究和治理提供相應的參考和借鑒，完善和發(fā)展滑坡穩(wěn)定性評價方法。對該滑坡的土體進行了直接快速剪切試驗，獲得其強度指標，殘積土試樣浸水后抗剪強度降低，主要是黏聚力的減小，內摩擦角降幅并不大。在詳細介紹四元聯(lián)系數原理及計算的基礎上，建立殘積土滑坡穩(wěn)定性評價模型，并應用該模型對滑坡進行穩(wěn)定性分析，結果為不穩(wěn)定，與現場調查結果及折線法的計算結果基本吻合。

廣東省花崗巖分布范圍廣，分布面積占全省面積的40%左右。在粵北、粵西北及粵東地區(qū)，花崗巖節(jié)理發(fā)育，易風化形成很厚的紅色風化殼，即花崗巖殘積土?；◢弾r殘積土邊坡是工程活動中常見的地質體，其失穩(wěn)成災是鐵路、公路等工程建設中經常遇到的廣泛而嚴重的工程地質問題。

不論是天然斜坡還是人工邊坡其影響因素都是多樣化的，具有模糊性和不確定性。在各種天然因素和人類活動的影響下，斜坡一直處于動態(tài)變化過程中，受時間、空間等因素的制約［1］。這些因素具有明顯的模糊性和不確定性，難以用精確的數量來表達，針對這一特征筆者以梅州市某鐵路滑坡為例建立基于四元聯(lián)系數的穩(wěn)定性評價模型，先對殘積土的物理力學性質進行了試驗研究，以試驗數據為基礎應用建立的模型對其進行了穩(wěn)定性評價。

1 花崗巖殘積土試驗

試驗土樣取自梅州市大埔縣某鐵路花崗巖殘積土滑坡，結合邊坡工程地質鉆探進行試驗取樣，土樣1取自滑坡體，土樣2取自滑動帶，每個土樣各取6盒試樣，按規(guī)定進行蠟封。土樣基本物理性質的測定結果見表1。

表1 土樣的基本物理性質

對土樣進行直接快速剪切試驗，試驗儀器為ZJ型應變控制式直剪儀，垂直壓力分別為100、200、300和400 kPa，快剪試驗分別進行了天然含水量狀態(tài)和浸水飽和后24 h的試驗，結果見表2。

表2 直接剪切試驗結果

表2表明花崗巖殘積土在浸水后抗剪強度明顯降低，主要是黏聚力減小，內摩擦角降幅并不大。因此，降雨對花崗巖殘積土邊坡的穩(wěn)定性影響較大，在梅州地區(qū)邊坡失穩(wěn)及滑坡的主要誘發(fā)因素為強降雨。

2 花崗巖殘積土邊坡穩(wěn)定性模型

2.1 四元聯(lián)系數原理及計算

多元聯(lián)系數是根據同異反聯(lián)系數U=A+Bi+Cj在Bi項上的展開式U=A+B1i1+B2i2+…+Bnin+Cj而得到的一種具有層次結構的函數［2－4］。取n=2，得四元聯(lián)系數U=A+B1i1+B2i2+Cj，為了應用上的方便，四元聯(lián)系數又常改寫成U=A+Bi+Cj+Dk。

四元聯(lián)系數的首項不帶系數(即其系數為+1)，因此該項始終為正值;其余各項的系數則視不同情況在［－1，1］區(qū)間取不同的值，取值原則分別有比例取值、鄰近取值、均分取值。

設穩(wěn)定性的評估指標有n項，根據文獻［3］，單個評價指標的四元聯(lián)系數的計算式為

式中:v1、v2、v3分別為評價標準的門限值;x為評價指標的取值。

當評價指標(如坡高、坡度等)取值越大、邊坡越不穩(wěn)定時，

2.2 花崗巖殘積土滑坡穩(wěn)定性評價公式

花崗巖殘積土邊坡穩(wěn)定性綜合評價公式為

式中:W為權系數向量;R為同異反多元測量評價矩陣;E為聯(lián)按式(1)確定四元聯(lián)系數;當評價指標(如抗剪強度指標)越小邊坡越不穩(wěn)定時，按式(2)確定四元聯(lián)系數。系分量系統(tǒng)矩陣［5］。

2.3 評價指標的確定與分級

花崗巖殘積土邊坡的穩(wěn)定性受多種因素的影響，必須考慮殘積土的工程性質及其構造特征，根據其形成條件選取具有一定普遍性和客觀實際性的災害因子，包括坡高、邊坡坡角、天然容重、土的內摩擦角、土的黏聚力、地震烈度，其分級情況見表3。需要強調的是天然容重按加權平均的方法得出平均值;當存在明顯滑動帶時，土的內摩擦角和黏聚力應該取滑動帶土樣的試驗值，無明顯滑動帶時取各土層的加權平均值。

表3 穩(wěn)定性評價指標分級標準

由于各個因素在滑坡形成中的重要性有所不同，每一因素有一個相應的權系數(權重)，各評價因子權重的取值是將20份專家打分表的結果平均得來，因此充分考慮了工程技術人員的經驗和主觀能動性。

2.4 計算步驟

第一步，將殘積土滑坡穩(wěn)定性劃分為四級即穩(wěn)定、較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定，其中a、b、c、d分別表示穩(wěn)定、較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的測度。各評價指標的四元聯(lián)系數通過式(1)來確定。

第二步，通過式(2)來確定滑坡穩(wěn)定性的綜合評價結果四元聯(lián)系數u。

第三步，根據均分原則確定四元聯(lián)系數的聯(lián)系分量取值并計算各評價因子的聯(lián)系數值。

均分原則是指i與j的取值應位于［－1，1］區(qū)間的兩個三等分處，由于［－1，1］區(qū)間長度為2，三等分該區(qū)間，則得三個子區(qū)間［－1，－0.333］、［－0.333，0.333］、［0.333，1］，也就是說i=0.333，j= －0.333，k= －1。

第四步，根據均分原則確定穩(wěn)定、較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定的聯(lián)系數值范圍，最后根據評價值所屬的區(qū)間確定穩(wěn)定性。將［－1，1］區(qū)間均分成4 個子區(qū)間，即［0.5，1］、［0，0.5］、［－0.5，0］、［－1，－0.5］，它們分別對應于穩(wěn)定、較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定4個等級。

3 工程實例

梅州市大埔縣位于廣東省東北部，韓江中上游，是花崗巖風化土分布比較典型的地區(qū)，且多降雨，受臺風影響較強，歷來是滑坡等地質災害多發(fā)和易發(fā)區(qū)，其中以花崗巖殘積土和風化土滑坡類型為主。

以梅州某鐵路滑坡為例，該滑坡體處于低山丘陵區(qū)，地形相對高差大，前緣坡度較大，有向鐵路側山谷滑動的趨勢。據鉆探資料，該滑坡有明顯滑帶，位于殘積土與強風化花崗巖結合部，滑動帶有多次剪切破壞的特征，厚0.6～0.9 m。根據現場調查、室內試驗數據及地質勘探資料確定該滑坡的相關數據見表4。

表4 滑坡穩(wěn)定性主要影響因素實測值

根據式(1)及式(2)得各評價指標的四元聯(lián)系數分別為:u1=0+0.45i+0.53j+0.02k;u2=0+0i+0j+1k;u3=0+0i+0j+1k;u4=0+0i+0j+1k;u5=0+0i+0j+1k;u6=0+0.53i+0.47j+0k。

根據式(3)得

按均分原則將i=0.333、j= －0.333、k= －1 帶入u，得u=－0.76，在區(qū)間［－1，－0.5］內，故該滑坡對應的穩(wěn)定性等級為不穩(wěn)定。

為了驗證該方法的可行性和準確性，利用折線法對該滑坡進行穩(wěn)定性評價，強度指標取滑帶土的試驗值，天然容重取加權平均值，在天然工況下滑坡穩(wěn)定性系數為1.01，在降雨條件下的穩(wěn)定性系數為0.97(主要考慮強度指標的降低)。與本文所用方法的計算結果基本吻合。

4 結語

(1)分別對天然狀態(tài)和飽和含水24 h后的強度指標進行測定，得到滑坡體和滑帶的抗剪強度指標。殘積土試樣浸水后抗剪強度降低，主要是黏聚力的減小，內摩擦角降幅并不大。

(2)建立基于四元聯(lián)系數的殘積土滑坡穩(wěn)定性評價模型，選取具有一定普遍性和客觀實際性的災害因子為評價因子，利用專家打分來確定權重，因此充分考慮了工程技術人員的經驗和主觀能動性。

(3)利用該模型對梅州某鐵路滑坡進行了穩(wěn)定性分析，結果為不穩(wěn)定，與折線法的結果基本一致，驗證了該方法的可行性和準確性。

［1］王念秦，羅東海，姚勇.鐵路黃土高邊坡變形破壞機理及穩(wěn)定性研究［J］.鐵道工程學報，2009(7):10－14.

［2］余國祥.對聯(lián)系數中的不確定數i的研究［J］.遼寧師范大學學報:自然科學版，2002，25(4):349 －356.

［3］鄧朝賢，金菊良，王宗志，等.基于模糊四元聯(lián)系數的防洪工程體系安全綜合評價模型［J］.災害學，2008，23(3):41－43.

［4］郭瑞林，陳觀臣.品種區(qū)試的四元聯(lián)系數多因素態(tài)勢排序分析法［J］.農業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究，2003，19(3):218－222.

［5］余國祥.綜合評價的多元聯(lián)系數模型及應用［J］.紹興文理學院學報，2004，24(9):99 －10.

P644.22

A

1000－0941(2012)10－0053－03

梅州市科學技術局、嘉應學院聯(lián)合自然科學育苗工程項目(2011KJM05)

姚勇(1984—)，男，湖南望城縣人，助教，碩士，主要從事土木工程與地質工程方面的教學與科研工作。

2012－01－21

(責任編輯 孫占鋒)