岩土体材料特性对土质边坡稳定性影响的敏感性分析

岩土体材料特性对土质边坡稳定性影响的敏感性分析

史精

天津市地质工程勘测设计院有限公司  天津  300191

摘要：开展岩土工程时因受到多种因素影响很容易产生边坡失稳事故，如果没有及时解决问题，那么势必会对岩土工程质量产生直接影响。因此在开展岩土工程时需要从现场实际情况出发，加大考察与研究力度，找出影响边坡稳定性的因素，采取有效的边坡加固技术，在提升边坡质量的基础上保障工程质量安全。

关键词：土质边坡；稳定性；敏感性分析

引言

在岩土工程的日常施工实践中，可能经常会遇到各种边坡不稳定的情况，并存在局部滑坡事故等安全隐患。为保证各类岩土工程边坡结构的安全、稳定和加固，提升施工过程质量，需要采取措施有效对各边坡进行更加科学合理的加固处理，以进一步提升岩土强度、稳定性，降低施工支护体的自重荷载。

1敏感性分析法

敏感性分析法，对于边坡稳定性而言，是指对众多影响边坡稳定性的敏感性因素，分析、测算其对边坡稳定性的影响程度和敏感程度，从而根据敏感程度判断边坡稳定程度的一种不确定性的分析方法。各影响因素对边坡稳定性的影响程度由稳定系数来表示，而敏感程度则由边坡稳定系数的相对变化率与各参数的相对变化率之间的比值来确定。敏感性分析法分单因素敏感性分析法和多因素敏感性分析法，本案例采用单因素敏感性分析法。

2土质边坡失稳滑塌力学机理

春融期，随着大气温度的回升，浅层坡面土体开始融化，使浅层正融区土体中积聚了大量融水，是导致季节性冻土边坡发生失稳滑塌的关键原因，其破坏滑动面在自重作用下沿着冻融界面发生平面滑动，由有效应力原理推导出素土边坡安全系数的表达式为：式(1)中:τf为破坏面上的剪应力;τ为滑动面处的剪应力;n为正融区饱和层厚度与已融化层厚度的比值;α为边坡的坡角;c'为土体有效黏聚力;φ'为土体有效内摩擦角;γ为土体重度;γ'为土体有效重度;γsat为土体饱和重度;Hs为融化区厚度。当土体中掺有植物根系时，将根系视为加筋土，其有效黏聚力有显著增加，有效内摩擦角减小，但减小甚微，使有效黏聚力在原有的基础上增加了Δc'，有效内摩擦角减少了Δφ'。故此时根-土复合体有效黏聚力与有效内摩擦角分别为c'+Δc'、φ'+Δφ'，使对浅层正融区及冻融界面土体具有牵拉与抗剪切作用，防止边坡发生热融滑塌。假定边坡模型中的根系为线性均质材料，对根-土复合体土质路堑边坡稳定安全系数可表示为：根据式(2)，讨论根-土复合体的黏聚力与内摩擦角、融化区厚度、融化区土体重度以及坡度等对春融期边坡失稳破坏的影响。

3单因素变化条件下边坡敏感性分析

3.1黏聚力c对边坡稳定系数Fs的影响

边坡模型坡角取45°，在其他所有影响因素保持恒定不变的条件下，在合理的取值范围内以一定的变化率不断改变黏聚力c的数值，利用FLAC3D强度折减法计算各变化情况下相应的边坡稳定系数Fs，并绘制计算所得稳定系数Fs的变化率与黏聚力c的变化率关系曲线，即ΔFs/Fs—Δc/c*曲线，稳定系数Fs随着黏聚力c的增加而增大，增加趋势较为明显，基本呈线性关系，即符合直线规律的增长趋势，说明黏聚力c对边坡稳定性影响较为敏感。在所选取的计算数据中，当黏聚力c总体增加63%时，稳定系数Fs的涨幅约为27%。

3.2融化区厚度Hs的影响

当其他各参数值为定值时，边坡融化层越厚，土体抗剪强度就越小，上部正融区土体越易在自重作用下沿着冻融交界面向下发生滑塌。这是由于随融化区厚度的增加，破坏面上的剪应力τf在不断减小，导致根-土复合体边坡安全稳定系数逐渐减小。但由于根系的存在，根-土复合体有效黏聚力相比素土增加Δc'，故随着融化区厚的不断增加，根-土复合体边坡安全稳定性系数大于素土边坡，从而验证了根系对浅层正融区土体以及冻融界面土体的抗剪强度具有显著贡献，降低了边坡发生失稳滑塌的概率。

3.3边坡坡角θ对边坡稳定系数Fs的影响

在其他因素保持恒定不变的情况下，对单因素边坡坡角θ进行不断的变化分析，单边坡坡角θ变化范围取35°~55°时，根据计算结果绘制计算所得稳定系数Fs的变化率与边坡坡角θ变化率的关系曲线，在一定范围内，随着边坡坡角θ的增加，稳定系数Fs在逐渐减小，且变化明显，由此可知边坡坡角θ对稳定系数Fs的影响也比较敏感。在所选取的边坡坡角θ变化范围内，当边坡坡角θ的增加率为70%时，稳定系数Fs降幅约为26%。

4结论

1)基于严格的极限分析上限定理，针对一般几何形状的双层土质边坡，通过假设其滑裂面为2组对数螺旋线，并引入土层分界变量，推导出一般形式滑裂面(通过坡址或坡址外侧)体系下的内外功率表达式。2)采用强度折减法，同时构造了土层分界变量θm的显式函数，通过最优化方法以及基于土层分界参数k及安全系数F双变量的迭代求解方法，实现了不依赖初始值选择的体系内、外功率的快速求解，进而得到了简便且易于实现的上限解答。3)依托若干典型工况，通过与其它方法所得安全系数以及临界滑裂面的对比分析，表明所提方法合理可行且简便易用，可为双层土质边坡的稳定性评价提供科学的依据。

5边坡防治措施

（1）削坡工程。由于边坡高差大、坡度陡，存在地质灾害隐患，需对边坡进行削坡，清除地质灾害隐患、降低坡高和坡度，增强边坡的稳定性，为后期的边坡防护和绿化提供基础地形。（2）排水工程。在易滑区边坡后缘开挖截水沟进行地表水拦截和旁引，阻止地表水进入滑坡范围；在坡脚设置排水沟，与坡顶截水沟进行连接。截排水沟设置应充分利用地势条件，随坡就势，以利于地表水的汇集和迅速向区外排水。边坡截排水工程应与景区排水系统和设施合理衔接。（3）坡面防护与绿化。对坡度较缓、整体稳定性较好、边坡易受雨水冲刷及冲蚀的地段，可采用砌体坡面防护措施，并在坡脚设置护脚墙；砌体可采用浆砌或干砌法，在坡面砌筑块石、片石或预制块等。（4）在确保边坡稳定的基础上，根据当地经验选择适合的植物物种进行坡体植被修复。（5）监测工程。为及时掌握已治理区边坡的变形发展规律，预测边坡有可能发生的地质灾害的影响范围及发展趋势，需要建立长期监测预警系统，以便采取相应的处理措施，确保坡脚活动人员的生命财产及坡脚建筑物安全。（6）做好施工技术监督工作。要确保施工中的每一位施工人员和技术人员都能清楚地了解施工图的内容，充分理解设计意图。技术人员对图纸的清晰理解，才能更好地执行项目的施工计划。施工人员也要充分把握施工重点，做好技术交底工作。此外，为了能够充分吸收和借助更好的边坡施工加固技术，施工单位的人员还可以尝试借助多种方式参加定期培训和辅导，有针对性地组织有所关联的施工和养护工作人员。相关技术人员共同开展专业知识和技能的学习和进一步提升，抽查检验相关人员对施工技术的掌握情况，进一步提升员工的综合能力，更好地为工程服务建筑服务。

结束语

工程边坡加固是工程整体施工中十分重要的工作环节。因此，施工质量监督员要结合工程建设项目的实际，认真做好现场工作相应的地质勘探、施工和质检监理相关工作，最大程度地发挥现场边坡工程加固施工技术作用，避免岩土工程出现问题，保证边坡加固效果，做好岩土工程边坡加固分析，最终予以岩土后续工序施工顺利，为提高施工质量打下了坚实的基础。

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