宋家院子滑坡稳定性评价

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1、收 稿 日 期 : 2005 02 17作 者 简 介 :姜 来 峰 (1976 ) ,男 , 2000年 毕 业 于 西 南 交 通 大 学 工 程 地 质与 水 文 地 质 专 业 ,助 理 工 程 师 。宋 家 院 子 滑 坡 稳 定 性 评 价姜 来 峰(铁 道 第 二 勘 察 设 计 院 ,四 川 成 都 610031)Stability Appra ising of the Songjia YuanziLandslideJ iang Laifeng摘 要 根 据 宋 家 院 子 滑 坡 现 场 调 绘 及 勘 探 资 料 ,对 该 滑 坡 进 行 了 定 性 分 析 及 评 价 。

2、 在 此 基 础 上 ,利 用 不 平 衡 推 力 迭 代 法 对 滑 坡 进 行 了 稳 定 性 计 算 ,同 时 分 析 了 滑 带 土 的 力 学 参 数 对 滑 坡 稳 定 性 的 影 响 。关 键 词 滑 坡 不 平 衡 推 力 迭 代 法 稳 定 分 析 评 价宋 家 院 子 滑 坡 位 于 襄 渝 铁 路 既 有 线 K763 + 334+ 540右 侧 0 100 m范 围 内 ,呈 扇 形 ,前 缘 宽 206 m,主 轴 方 向 长 101 m。 坡 面 植 被 差 ,地 表 覆 土 厚 0 2 m,为 粉 质 黏 土 ,下 伏 基 岩 为 砂 岩 夹 泥 岩 ,层 理 产

3、 状 为N45 50 E /25 40 SE,岩 层 走 向 与 线 路 夹 角 小 于45 ,既 有 线 路 与 新 建 铁 路 右 侧 路 堑 边 坡 均 存 在 顺 层 。地 下 水 主 要 为 孔 隙 潜 水 和 基 岩 裂 隙 水 ,埋 深 01807180 m。目 前 滑 坡 变 形 主 要 集 中 在 K763 + 350 + 450右侧 挡 土 墙 ,在 挡 土 墙 脚 1 /2处 ,墙 体 发 生 剪 切 裂 缝 。 广安 工 务 段 已 在 挡 土 墙 沉 降 缝 处 设 变 形 观 测 点 ,据 现 场观 测 :从 1999年 8月 19日 到 2004年 7月 19日

4、,墙 体向 铁 路 发 生 剪 切 位 移 6 15 mm,从 挡 土 墙 修 建 至 今 累积 位 移 10 cm ,其 余 地 段 变 形 迹 象 不 明 显 。 钻 探 揭 示 :滑 坡 前 缘 全 风 化 层 厚 度 为 13 15 m,后 缘 全 风 化 层 厚度 为 2 9 m,全 风 化 层 土 体 松 散 ,底 部 潮 湿 饱 和 。推 测 该 滑 坡 为 泥 岩 风 化 层 滑 坡 ,滑 动 面 为 泥 岩 全 风 化层 底 部 ,滑 坡 体 厚 度 为 6 20 m。增 建 第 二 线 位 于 既 有 线 右 侧 ,从 滑 坡 中 前 缘 通 过 ,路 堑 边 坡 右 侧

5、顺 层 ,对 工 程 影 响 大 。1 滑 坡 稳 定 计 算111 计 算 原 则(1)根 据 勘 探 和 试 验 的 初 步 资 料 ,每 个 滑 坡 体 计算 3条 剖 面 。(2)工 程 位 于 地 震 基 本 烈 度 度 区 ,按 有 关 规 定 ,计 算 时 不 考 虑 地 震 荷 载 。(3)由 于 缺 少 水 文 地 质 试 验 资 料 和 观 测 资 料 ,在考 虑 动 水 压 力 时 以 容 重 替 代 法 进 行 简 化 计 算 ,即 在 计算 滑 体 重 量 时 ,地 下 水 位 线 以 上 采 用 天 然 容 重 ,地 下 水位 线 以 下 、 静 水 位 以 上 采

6、 用 饱 和 容 重 ;计 算 抗 滑 力 时 用浮 容 重 ,静 水 位 以 下 则 一 律 用 浮 容 重 。112 基 本 原 理对 岩 质 边 坡 起 控 制 作 用 的 通 常 是 软 弱 面 ,一 般 用抗 滑 力 和 下 滑 力 之 比 值 作 为 评 价 指 标 (即 安 全 系 数 ) ,以 确 定 其 稳 定 性 。 滑 坡 体 的 下 滑 力 主 要 包 括 滑 坡 体 的重 量 和 滑 体 内 地 下 水 的 作 用 (包 括 静 水 压 力 和 动 水 压力 ) ,也 可 以 考 虑 地 震 力 、 地 表 水 和 爆 破 振 动 的 影 响等 。 滑 坡 体 的 抗

7、 滑 力 是 指 滑 动 面 上 力 学 强 度 (摩 擦 系数 和 黏 聚 力 )所 起 的 阻 止 滑 动 作 用 力 。 当 边 坡 坡 角 小于 45时 ,近 似 假 定 :条 块 边 界 上 反 力 的 方 向 与 其 下 一条 块 底 面 滑 动 线 的 方 向 一 致 (如 图 1所 示 )。 第 i条 块的 底 部 滑 动 线 与 下 一 条 块 的 底 部 滑 动 线 相 差 1个 角 度 i ( i = i - i + 1 )。 在 这 种 情 况 下 ,条 块 之 间 边 界 上的 反 力 用 下 式 表 达Ei = Gi ( sin i - cos i tan ) -

8、cli + Ei- 1cos i + sin i tan(1)采 用 不 平 衡 推 力 迭 代 法 :由 n个 滑 块 组 成 的 滑 坡体 ,各 块 体 相 应 滑 面 上 的 作 用 力 为 S、 N。 第 i块 体 滑面 倾 角 为 i ,滑 面 上 的 作 用 力 为 Si , N i ,由 于 各 块 体 沿其 相 应 滑 面 处 于 极 限 平 衡 状 态 ,因 此 Si 与 N i 满 足 以下 条 件54宋 家 院 子 滑 坡 稳 定 性 评 价 :姜 来 峰Si = ci FiK + fiKN i ( i = 1, 2, , n) (2)图 1 剩 余 下 滑 力 法 计

9、算其 中 ci、 fi、 Fi 分 别 表 示 第 i块 体 滑 面 的 黏 聚 力 、 摩擦 系 数 和 滑 面 的 面 积 。 设 第 i块 体 对 于 下 一 块 体 ( i +1块 体 )的 不 平 衡 推 力 为 Pi ,方 向 与 第 i滑 面 平 行 。 同样 ,第 ( i - 1)块 体 对 于 第 i块 体 的 推 力 Pi - 1与 第 i - 1滑 面 平 行 。 现 在 讨 论 第 i块 体 的 受 力 情 况 :抗 滑 力 = Si + Pi = ci FiK + fiKN i + Pi (3)下 滑 力 = Pi- 1 cos( i- 1 - i ) +W i si

10、n i (4)N i = W i cos i + Pi- 1 sin ( i- 1 - i ) (5)(4)式 、 (5)式 中 ,W i 表 示 相 应 块 体 的 重 量 。考 虑 到 i块 体 沿 其 相 应 滑 面 i处 于 极 限 平 衡 状 态 ,则 上 述 抗 滑 力 与 下 滑 力 相 等 ,即ci FiK +fiKN i + Pi = W i sin i + Pi- 1 cos( i- 1 - i )(6)表 1 宋 家 院 子 滑 坡 稳 定 性 检 算 结 果计 算 段编 号分 段 体 积/m计 算 段 重/kN计 算 段长 /m滑 面 倾角 / ( ) N /kN T

11、/kN相 临 滑 面倾 角 差 f C /kPaN f/kNc l/kN剩 余 下 滑力 E /kN滑 块 推 力Pi / kN0 01 1314 356144 7134 4415 254133 249173 0100 0128 40 72141 29316 0100 01002 22616 6 02716 28176 3415 4 968151 3 412153 0117 0128 40 1 414156 1 15014 847157 7541543 20212 5 37815 19112 3013 4 644152 2 712137 0107 0128 40 1 322132 76418

12、1 379179 1 2851774 16919 4 51913 13148 2817 3 964167 2 169129 0103 0128 40 1 128176 53912 1 787109 1 7151515 19419 5 18413 25168 1118 5 074189 1 059165 0129 0128 40 1 444185 1 02712 303111结 果 迭 代 计 算 安 全 系 数 k = 01967 724 585将 公 式 (5)中 的 N i 值 代 入 上 式 ,则 有Pi =W i sin i + Pi- 1 cos( i- 1 - i ) -ci Fi

13、K -fiK W i cos i + Pi- 1 sin ( i- 1 - i ) (7)同 理 ,可 以 给 出 第 n块 体 的 抗 滑 力 和 下 滑 力Sn = cn FnK + fnKN n (8)N n = W n co s n + Pn - 1 sin ( n - 1 - n ) (9)令 抗 滑 力 和 下 滑 力 相 等 ,经 简 化 ,可 得 到 安 全 系 数K的 表 达 式 为K = fn W n cos n + Pn - 1 sin ( n - 1 - n ) + cn FnWn sin n + Pn - 1 cos( n - 1 - n )(10)公 式 (7)是

14、计 算 岩 块 间 不 平 衡 推 力 Pi 的 普 遍 公式 ,具 体 计 算 步 骤 如 下 :首 先 假 定 一 个 K值 ,将 此 K值 代 入 公 式 ( 7)中 ,顺序 计 算 块 体 间 的 不 平 衡 推 力 P1 , P2 , , Pn - 1 ,然 后将 Pn - 1值 代 入 公 式 (10)计 算 K值 。 比 较 计 算 的 K值和 假 定 的 K值 ,如 相 差 较 大 ,将 计 算 得 到 的 K值 代 替假 定 的 K值 ,重 复 上 面 的 计 算 过 程 ,直 到 计 算 的 K值和 假 定 的 K值 相 等 ,则 该 值 为 所 求 岩 坡 的 安 全 系

15、 数 。113 应 用 Excel进 行 迭 代 计 算据 以 上 原 则 ,应 用 不 平 衡 推 力 迭 代 法 在 Excel软件 中 计 算 各 剖 面 安 全 系 数 。 对 不 同 的 剖 面 应 用 了 不 同的 迭 代 次 数 ,假 定 的 K值 与 计 算 的 K值 相 等 时 ,即 为所 要 的 安 全 系 数 。以 宋 家 院 子 滑 坡 主 轴 断 面 - 2为 例 进 行 稳 定 计 算 ,根 据 滑 动 面 的 形 态 ,将 滑 坡 体 分 为 5段 (见 图 2) ,检 算结 果 见 表 1。 采 用 公 式 (7)及 公 式 (10)进 行 迭 代 计 算 。假

16、 定 有 规 律 的 8个 安 全 系 数 ,经 计 算 得 到 另 外 8个 安 全系 数 (见 表 2) ,当 迭 代 至 第 7次 ,假 定 的 K值 与 计 算 的 K值 相 等 ,即 为 所 要 的 安 全 系 数 (取 2位 小 数 )。图 2 宋 家 院 子 滑 坡 主 轴 断 面 - 22 计 算 结 果 分 析(1)由 表 1: E5 = 303111 kN 0, K =抗 滑 力 /下 滑力 = 01967,表 明 滑 坡 处 于 不 稳 定 状 态 。(2)由 于 滑 体 取 样 试 验 较 少 ,滑 动 面 抗 剪 强 度 指标 难 以 确 定 ,因 此 采 用 不 同 参 数 (一 定 范 围 内 )进 行 滑64 铁 道 勘 察 2005年 第 2期图 3 c与 安 全