暴雨工況下兩種不同方法在下蜀土邊坡穩(wěn)定性分析中的應用對比

楊正玉，姜 嘯，李 磊，劉順青

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100)

鎮(zhèn)江地區(qū)境內(nèi)具有寧鎮(zhèn)、茅山、丹陽3條山系，寶華、茅山等17條山脈，大小山體有235座[1]。每年的雨季，鎮(zhèn)江地區(qū)是江蘇省內(nèi)滑坡發(fā)生較頻繁的地區(qū)，嚴重影響了滑坡周邊居民、工廠職工及游客的生命、財產(chǎn)安全，這與鎮(zhèn)江地區(qū)廣泛分布的下蜀土邊坡密切相關(guān)。因此如何合理地評價下蜀土邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定性對該類邊坡的工程設(shè)計具有重要的意義。

目前土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析方法主要有3類。第一類為極限平衡法(也稱為條分法)，代表性的有瑞典法[2]、Bishop法[3]、不平衡推力法[4]等；第二類方法為有限元法，包括有限元強度折減法[5]以及有限元極限平衡法[6]；第三類為極限分析法[7]。雖然如此，但是目前工程設(shè)計時大多仍采用極限平衡法進行土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析。

本文基于極限平衡法中的Bishop條分法，采用兩種不同的方式間接反映暴雨對下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，并將兩種方式得到的計算結(jié)果進行對比分析。研究結(jié)果對下蜀土邊坡的工程設(shè)計具有重要的意義。

1 兩種不同間接考慮暴雨影響的邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.1 邊坡表面施加地下水位線法

暴雨工況的設(shè)計，是《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)中必須要考慮的工況，因此土質(zhì)邊坡支護設(shè)計時必須考慮暴雨的影響，然而規(guī)范中并沒有給出相應的分析方法。若采用滲流分析法，則對現(xiàn)場工程技術(shù)人員的理論要求較高，通常不常用。目前工程技術(shù)人員在考慮暴雨影響時，通常采用兩種間接方法，一種是在坡體表面施加水位線法(方法1)；另一種是邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)抗剪強度參數(shù)折減法(方法2)。邊坡模型表面施加水位線法示意如圖1所示。

圖1 邊坡表明施加水位線法示意圖

1.2 降雨入滲影響深度內(nèi)抗剪強度參數(shù)折減法

另一種考慮暴雨影響的方法(方法2)是將邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)土體的抗剪強度參數(shù)進行折減折計算示意如圖2所示。

圖2 降雨入滲影響深度內(nèi)抗剪強度參數(shù)折減法示意圖

2 邊坡穩(wěn)定性計算模型及參數(shù)

本文采用下蜀土邊坡為研究對象，來分析兩種不同考慮暴雨的方法對邊坡穩(wěn)定性的影響，所分析邊坡的幾何模型如圖3所示。下蜀土邊坡的土體參數(shù)如表1所示。

圖3 邊坡穩(wěn)定性計算幾何模型

表1 下蜀土邊坡的土體參數(shù)

3 計算結(jié)果分析

3.1 不同降雨入滲深度的影響

本文采用GEO5程序中Bishop條分法分析方法1和方法2中下蜀土邊坡的穩(wěn)定性，邊坡的坡角為45°，方法2分析時選取的降雨入滲的影響深度分別為1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m。下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，對于坡度為45°的邊坡，當降雨入滲深度小于2.3 m時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數(shù)較小，而當降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較小。因近年來的極端降雨條件時常出現(xiàn)，當實際下蜀土邊坡中的降雨入滲深度大于2.3 m后，采用方法1進行邊坡工程支護設(shè)計是偏于危險的，此時應采用方法2(取降雨入滲深度大于4.0 m)進行邊坡工程支護設(shè)計。

表2 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

3.2 不同抗剪強度參數(shù)折減程度的影響

為分析相同降雨入滲深度下抗剪強度參數(shù)折減程度對下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，選取邊坡的坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m，定義降雨入滲區(qū)強度參數(shù)折減度：

(1)

式中：f折減、f分別為降雨入滲土層及不受降雨影響土層的土體參數(shù)。

本文取折減度分別為0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如表3所示。

表3 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

從表3中可以看出，對于坡度為45°，降雨入滲深度為3.0 m的邊坡，當折減度大于等于0.8時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數(shù)較小；而當折減度小于等于0.7時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較小。因此，當實際下蜀土邊坡降雨入滲深度范圍內(nèi)土體的折減度小于等于0.7時，采用方法1進行邊坡工程支護設(shè)計是偏于危險的。

3.3 不同邊坡坡度的影響

為分析不同的邊坡坡度對暴雨工況下下蜀土邊坡穩(wěn)定性的影響，選取邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，降雨入滲區(qū)的強度參數(shù)折減度取0.7。下蜀土邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，當邊坡的降雨入滲深度為3.0 m，入滲區(qū)的強度參數(shù)折減度為0.7時，坡度小于30°的下蜀土邊坡，采用方法1所得的邊坡安全系數(shù)較??；而當坡度大于35°后，則采用方法2所得的邊坡安全系數(shù)較小。因此，進行下蜀土邊坡支護方案設(shè)計時，應根據(jù)實際的邊坡坡度選用不同的分析方法。

表4 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

為進一步對比下蜀土邊坡坡度小于30°時兩種分析方法的計算結(jié)果，選取坡度為25°，對比分析方法1與方法2(不同降雨入滲深度)的計算結(jié)果，如表5所示。

表5 下蜀土邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

從表5中可以看出，當下蜀土邊坡降雨入滲深度取5.0 m時，方法1與方法2的結(jié)果一致?？梢?，無論下蜀土邊坡的坡度為多少，都可以采用方法2進行下蜀土邊坡暴雨工況下的穩(wěn)定性計算，并且計算結(jié)果是偏于安全的。

4 結(jié)語

(1)當下蜀土邊坡坡度一定，降雨入滲深度小于2.3 m時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數(shù)較小，隨著降雨入滲深度的繼續(xù)增加，采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較小。

(2)當下蜀土邊坡坡度及降雨入滲深度一定，抗剪強度參數(shù)折減法大于等于0.75時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數(shù)較小，當抗剪強度參數(shù)折減度小于0.75時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較小。

(3)當下蜀土邊坡降雨入滲深度(3 m)及抗剪強度參數(shù)折減度一定(取0.7)，邊坡坡度小于35°時，采用方法1計算所得的邊坡安全系數(shù)較小，反之則采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較??；但是當邊坡降雨入滲深度為5 m時，坡度大于等于25°時，采用方法2計算所得的邊坡安全系數(shù)較小。