滑坡滑動面強度參數(shù)敏感性分析及其反演

葉李勝

（核工業(yè)河源工程勘察院，廣東 河源 517001）

滑坡勘查中滑動面抗剪強度參數(shù)的確定是一項十分重要且復(fù)雜的工作?？辜魪姸葏?shù)取值的正確性和可靠度，直接反映了勘查工作的質(zhì)量，影響滑坡穩(wěn)定性評價及防治工程設(shè)計的合理性、安全性及經(jīng)濟性。目前確定滑動面抗剪強度參數(shù)的方法主要有土工試驗方法、工程類比法和反演法[1-2]。土工試驗法簡單直觀，易于操作，試驗方法技術(shù)成熟、結(jié)果可靠，因此被廣泛應(yīng)用于工程實踐當中[3]，但有時也存在取樣困難的問題，另外，試樣的原狀性、代表性及試驗條件和方法都對參數(shù)產(chǎn)生較大影響。工程類比法注重類似工程經(jīng)驗，實際運用中卻難以把握，地質(zhì)環(huán)境千變?nèi)f化，不同的滑坡成因、巖土性質(zhì)、邊界條件決定了工程類比法不可能準確地得出邊坡滑帶土的強度參數(shù)。反演法是邊坡強度參數(shù)估算的常用方法之一，通過已知的穩(wěn)定系數(shù)和勘查確定的滑動面等條件，反演得到滑坡的綜合抗剪強度參數(shù)值。反演法的綜合性較好，能將欠考慮的外部作用因素融入到反演的抗剪強度參數(shù)當中，使結(jié)果更切合實際。

本文對新洞滑坡滑動面強度參數(shù)進行敏感性分析，在此基礎(chǔ)上進行反演計算，結(jié)合土工試驗綜合確定強度參數(shù)值，為防治工程設(shè)計提供準確可靠的依據(jù)。

1 滑坡地質(zhì)環(huán)境條件

新洞滑坡位于廣東省連平縣田源鎮(zhèn)新河村新洞西北側(cè)山坡上，該邊坡早在二十多年前就發(fā)生過滑坡，隨后坡腳經(jīng)常發(fā)生一些小崩塌。2005年，滑坡前緣靠近坡腳民房又發(fā)生一次崩塌，導(dǎo)致一棟民房一樓外墻被土掩埋約3.0m，崩落土體約100m3，此后該滑坡未發(fā)生過滑動，一直處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

區(qū)內(nèi)為低山丘陵地貌，所在山體海拔不超過400m，滑坡體海拔在245～291m之間。地勢整體呈北高南低，山體坡度10°～35°?；麦w所在邊坡為土質(zhì)邊坡，坡腳處最低為245m，滑坡后緣為291m，現(xiàn)狀坡度為在14°～28°之間。

滑坡區(qū)地層為單斜構(gòu)造，下伏地層為泥盆系上統(tǒng)帽子峰組（D3m），巖性為砂巖、頁巖及鈣質(zhì)砂頁巖，巖層產(chǎn)狀190°∠30°。據(jù)鉆探揭露，滑坡體巖性自上而下為坡殘積粉質(zhì)粘土（Qdel）、帽子峰組全風化及強風化泥質(zhì)粉砂巖（D3m）。

2 滑坡現(xiàn)狀及特征

滑坡體平面上呈上窄下寬的“簸箕形”，滑向137°，垂直滑向方向滑體長約83m?；潞蟊谖挥?78.0～290.5m之間，呈圈椅狀，破裂壁高約0.5～1.5m，破裂面已風化，現(xiàn)已看不到擦動的痕跡?；禄瑒用鏋檎劬€型，基本位于土巖界面處，屬于典型的堆積層土質(zhì)滑坡（圖1），滑體最厚處約13.4m，最薄處約1.5m，平均厚度約4.4m，滑體物質(zhì)組成主要為坡殘積粉質(zhì)粘土，據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）[4]，總體上該滑坡屬于淺層滑坡，力學性質(zhì)上，坡腳因建房開挖邊坡，使得下部先滑動，上部失去支撐而變形，屬于牽引式滑坡?；w面積約12577m2，平均厚度4.4m，體積為55339m3，依《廣東省地質(zhì)災(zāi)害隱患點特征認定和災(zāi)害分級標準（試行）》（2014），屬于大型滑坡。

3 強度參數(shù)敏感性分析

3.1 土工試驗結(jié)果

對滑坡取樣進行室內(nèi)土工試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 滑坡體室內(nèi)土工試驗物理力學參數(shù)表

3.2 傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性計算

室內(nèi)土工試驗統(tǒng)計，滑帶土粘聚力c值范圍為12～20kPa，內(nèi)摩擦角φ值范圍8°～14°，由于離散程度較大，c取差值2作為計算步距，φ取差值1作為計算步距，選取滑坡主軸斷面1-1′，采用傳遞系數(shù)法，計算滑坡在最不利狀態(tài)下（坡體飽和）的穩(wěn)定系數(shù)。計算結(jié)果見表2。

表2 傳遞系數(shù)法穩(wěn)定系數(shù)計算表（剖面1-1′）

敏感度系數(shù)越大，說明該因素對Fs越敏感，該因素的微小變化將對Fs產(chǎn)生較大的影響。本滑坡穩(wěn)定系數(shù)取1.05，對應(yīng)表2中c=18kPa，φ=11°，以此為基準值進行敏感性分析。

3.2 Fs對c的敏感性分析

根據(jù)表2穩(wěn)定性計算結(jié)果，F(xiàn)s-c的關(guān)系見圖2，F(xiàn)s-c近似于線性變化，呈遞增關(guān)系。取φ=11°，c=12～20kPa進行敏感性分析，其敏感性計算結(jié)果見表3。c對滑坡穩(wěn)定性敏感度系數(shù)為13.3%～20.6%，平均值為16.25%。

圖2 Fs-c關(guān)系曲線圖

表3 Fs-c的敏感度系數(shù)表

3.3 Fs對φ的敏感性分析

根據(jù)表2穩(wěn)定性計算結(jié)果，F(xiàn)s-φ的關(guān)系見圖3，F(xiàn)sφ近似于線性變化，呈遞增關(guān)系。取c=18kPa，φ=8°～14°進行敏感性分析，其敏感性計算結(jié)果見表4。φ對滑坡穩(wěn)定性敏感系數(shù)為29.1%～40.6%，平均值為34.9%。

圖3 Fs-φ關(guān)系曲線圖

表4 Fs-φ的敏感度系數(shù)表

根據(jù)上述分析結(jié)果，F(xiàn)s對φ的敏感度系數(shù)約為Fs對c的敏感度系數(shù)的2.15倍，表明內(nèi)摩擦角φ值比粘聚力c值對滑坡的穩(wěn)定性更敏感；另外，圖2與圖3中Fs-φ關(guān)系曲線的斜率大于Fs-c關(guān)系曲線的斜率，也可以得出同樣的結(jié)論。

4 滑動面強度參數(shù)反演

將c值進行區(qū)間分段，選取c值分別為15、16、17、18、19、20kPa，在滑坡目前狀態(tài)及邊界條件下，運用傳遞系數(shù)法反算可得到φ值。當滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.05時，滑坡主軸斷面1-1′反演得到的一系列抗剪強度參數(shù)（c，φ）為（15，10.38）、（16，10.32）、（17，9.67）、（18，9.31）、（19，8.95）、（20，8.58）?；赂睌嗝?-2′反演得到的一系列抗剪強度參數(shù)（c，φ）為（15，12.71）、（16，

11.48 ）、（17，10.24）、（18，8.98）、（19，7.72）、（20，6.44）。據(jù)此得出滑坡斷面1-1′、2-2′的強度參數(shù)c、φ值的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4中兩條曲線的交點數(shù)據(jù)為c=17.6kPa，φ=9.5°即為本滑坡滑動面抗剪強度參數(shù)反演值。室內(nèi)試驗的滑帶土粘聚力c值范圍為12～20kPa，內(nèi)摩擦角φ值范圍8°～14°，經(jīng)對比分析，反演值位于室內(nèi)試驗值的中位數(shù)附近，說明反演強度參數(shù)較為合理可靠。

圖4 c-φ關(guān)系曲線圖反演分析圖

5 結(jié)論

（1）Fs對φ的敏感度系數(shù)約為Fs對c的敏感度系數(shù)的2.15倍，內(nèi)摩擦角φ值比粘聚力c值對滑坡的穩(wěn)定性更敏感。

（2）反演值位于土工試驗值的中位數(shù)附近，反演強度參數(shù)較為合理可靠。

（3）本文以某特定土質(zhì)滑坡作為研究對象，基于傳遞系數(shù)法對滑動面強度參數(shù)進行了敏感性分析及反演，與室內(nèi)試驗值相互印證，反演參數(shù)較為合理，該方法可為類似工程提供一定參考借鑒。