多級滑坡相互作用機理及穩定性分析

張永康

（中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

多級滑坡相互作用機理及穩定性分析

張永康

（中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

通常一個大型滑坡常常不是單一的一塊，多可以被分成幾級或幾塊，某一級的變形會不同程度地影響到與其毗鄰的級的穩定。有時，這一級的滑動還會對周邊坡體造成一定的破壞。對多級相互滑坡的作用機理進行了較為深入的分析，提出考慮多級滑坡相互作用的穩定性分析方法，最后通過算例分析，表明對于多級滑坡互交疊的情況，在進行滑坡穩定性分析時，若不考慮各級滑坡的相互影響，很有可能導致計算結果偏于不安全。

多級滑坡；作用機理；穩定性

1　引言

《滑坡學與滑坡防治技術》（王恭先、徐峻齡等，2004）一書中曾指出：“大凡一個大型滑坡常常不是單一的一塊，多可以被分成幾級或幾塊（前者更為常見），在某一級上進行工程活動（如開挖或加載）不僅會破壞這一級的穩定，這一級的失穩也會不同程度地影響到與其毗鄰的級的穩定。有時，滑坡體的滑動還會對周邊坡體造成一定的破壞，譬如：南昆線的八渡滑坡，修筑站場的開挖部位恰是中級滑坡的前緣，在這一部位開挖對中級滑坡顯然是不利的，挖去了其支撐部位的巖體，中級滑坡復活乃是情理中事，對下級滑坡本不應產生什么影響，起初下級滑坡也確實沒有復活，但是，由于大量棄土堆積在下級滑坡上和施工過程中大量地表水的下滲，再兼罕見的暴雨，可造成巨大危險的下級滑坡也終被“激活”?！庇纱丝梢?，多級滑坡是一種較為常見的現象，例如發育在多盤公路上的麥秀山滑坡，而且各級滑坡之間的相互影響也是客觀存在的，但目前滑坡的穩定性分析中還較少考慮這一因素的影響，這對工程而言有可能是不利的。因此，本文擬從多級滑坡的相互作用機理方面入手，來探討考慮各級滑坡相互影響的穩定性分析方法，并給出計算實例以說明。

2　多級滑坡相互作用機理

以兩級滑坡為例，如圖1所示，前級滑坡為A1B1C1D1，后級滑坡為A2B2C2D2；O點為兩級滑坡在斷面上的交點位置。

圖1　兩級滑坡相互作用示意圖

若前級滑坡失穩，其后緣OD1主動拉裂張開，對于后級滑坡而言，相當于在其坡腳卸載，抗滑力減小，且巖體卸荷松弛，造成坡腳巖體質量惡化，降低了后級滑坡的穩定性。

若后級滑坡失穩，滑體向前蠕動變形，不斷擠壓抗滑段A2B2，對于前級滑坡而言，相當于在其后緣的OD1段加載，增加了下滑力，對前級滑坡穩定性不利。

可以看出，兩級滑坡的相互作用主要體現在兩級滑坡的滑體共用部分的受力上，即圖中的A2B2OD1部分，該部分既是前級滑坡的牽引段，同時又是后級滑坡的抗滑段。為此，取出滑體共用部分的分離體進行單獨研究，如圖2所示。圖中的P是作用在OD1上的合力，W是滑體重力，S為A2O段滑面上的剪力，N為A2O段滑面上的正壓力。

當前級滑坡失穩向下發生整體滑動時，OD1段完全張開，此時P=0（不考慮巖土體的抗拉強度）；當后級滑坡失穩時，分離體將沿A2O1段滑面達到極限平衡狀態，此時的P達到最大值Pmax。因此，若不考慮巖土體的抗拉強度，P的取值范圍為0～Pmax，但具體數值應該取決于前級滑坡和后級滑坡的變形破壞過程和階段。

圖2　共用滑體受力分析圖示

3　考慮多級滑坡相互作用的穩定性分析方法

3.1前級滑坡首先失穩

當前級滑坡失穩時，前級滑坡的穩定性分析和滑坡推力計算仍可按照常規辦法進行計算。

對于后級滑坡而言，前級滑坡失穩將造成滑體共用部分A2B2OD1脫離后級滑坡，O1D1段成為臨空面，作用其上的P值變為0，在穩定性分析時，可直接將該共用滑體部分從后級滑坡中移除，按照新的滑坡形狀（D1OC2D2），采用常規穩定性分析方法計算即。

圖3　前級滑坡失穩對后級滑坡的影響

3.2后級滑坡失穩定

當后級滑坡失穩時，滑體不斷向前擠壓，作用于O1D1上的推力P不斷增加，當共用滑體A2B2OD1達到極限平衡狀態時，推力P達到最大值，這也是對前級滑坡而言的最不利狀態。如圖4所示。

圖4　后級滑坡失穩對前級滑坡的影響

后級滑坡的穩定性分析方法仍可按照常規方法計算。前級滑坡的穩定性分析則要考慮推力P的作用，實際分析時，可按照以下兩個步驟進行分析：

3.2.1推力P的確定

推力P的計算按照最不利狀態考慮，以兩級滑坡的共用滑體部分A2B2OD1為研究對象進行分析，假設其在推力P的作用下達到極限平衡狀態，計算圖示如圖5。計算方法參照我國鐵路和工民建等部門常用的傳遞系數法進行推導。

假定如下：

1）滑坡體不可壓縮并作整體下滑，不考慮條塊之間的擠壓變形；

2）條塊之間只傳遞壓力不傳遞拉力，不出現條塊之間的拉裂；

3）條塊間作用力以集中力表示，它的作用線平行于前一塊的滑面方向，作用在分界面的中點；

4）垂直滑坡主軸取單位長度寬的巖土體作計算的基本斷面，不考慮條塊兩側的摩擦力；

5）推力P為作用在交界面O1D1上的合力，作用在交界面的中點，其大小和方向由極限平衡條件確定。

圖5　推力P計算圖示

取第i塊為分離體，將各力分解在該條塊滑面的方向上，可得以下方程：

由上式可得出第i條塊的剩余下滑力Ei，即

式中：Ei——第i塊滑體剩余下滑力；

Ei-1——第（i-1）塊滑體剩余下滑力；

Wi——第i塊滑體的重量；

Ri——第i塊滑體滑床反力；

Ψi——傳遞系數；

Ψi——cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）tanφi

ci——第i塊滑體滑面上巖土體的粘聚力；

li——第i塊滑體的滑面長度；

ψi——第i塊滑體滑面上巖土的內摩擦角；

αi——第i塊滑體滑面的傾角；

αi-1——第（i-1）塊滑體滑面的傾角。

計算推力P時，首先設第n條塊（最后一個條塊）的剩余下滑力En=0，從下往上逐塊進行計算（注：常規傳遞系數法計算是從上往下計算），逐步計算出第1條塊的下方推力E1，然后根據第1條塊的靜力平衡方程求出推力P。

3.2.1前級滑坡穩定性分析

在求得推力P后，前級滑坡穩定性仍可按常規采用傳遞系數法進行計算，與平常不同的是，兩級滑坡的交界面O1D1上的合力用計算出的推力P代替，如圖6所示。

圖6　前級滑坡穩定性分析圖示

其中第1塊：

其他塊體：

式-3～式-7中符號同3.2.1。

4　算例

某滑坡地質斷面圖如圖7所示，滑坡分為前后兩級，且前級滑坡與后級滑坡之間存在交疊，滑體容重為20kN/m3，其他參數如圖7所示。試用兩種方法（不考慮兩級滑坡相互作用的常規方法和考慮相互作用的方法）分別計算兩種情況下（前級滑坡首先失穩和后級滑坡首先失穩）各級滑坡的穩定性系數。

圖7　滑坡斷面圖

采用本文推薦方法計算出各工況下各級滑坡的穩定系數見表1。

表1　各工況下滑坡穩定系數

由表1可知，對于前級滑坡首先失穩工況，當不考慮各級滑坡相互作用時，采用傳遞系數法計算出后級滑坡的穩定系數為1.278，若考慮滑坡相互作用，即將共用滑體部分去除后進行計算，其穩定系數僅為0.895，這表明前級滑坡失穩會引起后級滑坡發生牽引式破壞。對于后級滑坡首先失穩工況，不考慮相互作用和考慮相互作用算出的前級滑坡穩定系數分別為1.176和0.814，這表明后級滑坡失穩會向前推擠巖體，致使前級滑坡發生推移式滑動破壞。由此可以看出，對于多級滑坡相互交疊的情況，在進行滑坡穩定性分析時，若不考慮各級滑坡的相互影響，很有可能導致計算結果偏于不安全。

5　結束語

1）多級滑坡在大型滑坡中是一種常見的客觀現象，在滑坡分析中，要詳細分析其相互作用關系；

2）多級滑坡的作用機理主要表現為：若前級滑坡失穩，其后緣主動拉裂張開，對于后級滑坡而言，相當于在其坡腳卸載，抗滑力減小，且巖體卸荷松弛，造成坡腳巖體質量惡化，降低了后級滑坡的穩定性；若后級滑坡失穩，滑體向前蠕動變形，不斷擠壓其抗滑段，對于前級滑坡而言，相當于在其后緣段加載，增加了下滑力，對前級滑坡穩定性不利；

3）對于多級滑坡相互交疊的情況，在進行滑坡穩定性分析時，若不考慮各級滑坡的相互影響，很有可能導致計算結果偏于不安全。

［1］ 王恭先，徐峻齡，劉光代，等.滑坡學與滑坡防治技術［M］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［2］ 徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京：中國鐵道出版社，2001.

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