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摘要:通过对滑坡的实例勘查,结合土样实验数据和区域资料。采用折线法对滑坡稳定性进行计算,分析影响滑坡稳定性的影响因素(敏感性因子)。计算结果显示,对滑坡稳定性影响敏感系数从大到小因子分别为内摩擦角、粘聚力、重度;通过对滑坡的影响因素—敏感性因子分析,为工程治理措施提供了针对性较强的参考依据,并为地质灾害治理提供新的思路。
关键词:滑坡;敏感性因子;重度;内摩擦角;粘聚力
1、引言
滑坡是我国西南地区比较常见的地质灾害,对人民生命财产安全和经济发展造成了重大影响[1]。现阶段分析滑坡稳定性敏感因素的方法很多,其中包括倪恒采用正交设计方法分析滑坡敏感性[2]。并随着科技的发展大数据开始逐步引入。本文主要结合广元市朝天区中子镇庄房头滑坡的具体工程特征,采用敏感分析系数法,分析滑坡各影响因子对滑坡稳定性的影响程度,为滑坡的工程治理提供参考依据。
2、敏感系数计算原理
影响滑坡稳定性的因素主要包括粘聚力、内摩擦角等,其稳定系数可视为多元函数。
K=f(X1,X2,X3,……,Xn)
上式能够明确滑坡的发生是受多种因素的影响,但不能表明各个因素对滑坡的影响程度,采用敏感性分析的方式可以定量确定各因素对滑坡的贡献值。敏感性分析主要是从多个不确定性因素中逐一找出对评价指标有重要影响的因子,并分析、测算其对评价指标的敏感性程度[3-4]。
SAF=△A/A / △F/F
△A/A :评价指标的变动比率;
△F/F:不确定因素的变化率。
结合实例进行敏感性分析的可采用如下步骤;首先应确定敏感性的分析指标,采用折线法对滑坡稳定性进行计算,确定敏感性分析指标的目标值。然后选取不确定因素,结合工程实例和工程背景,选取影响作用较大的因素,并计算不确定因素变化时对分析指标的影响程度。
3、工程地质条件
根据野外勘查,庄房头滑坡平面形态呈“圈椅”状;前缘高程723~725m,后缘733~737m,相对高差约13m,平均坡度20°,斜坡方向为6°;横宽约110m,纵长约56m,面积约0.44×104m2,坡体平均厚度6.50m,体积约为2.86×104m3。属小型牵引式土质滑坡,滑带位于基覆界面土石交界处。
根据现场调查及钻孔、槽探揭露显示,滑体主要为:第四系全新统人工填土层(Q4ml)素填土、第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)粉质粘土,地层结构特征自上而下分述如下:
(1)第四系全新统人工填土层(Q4ml)
素填土:灰褐色、褐黄色,松散,湿。主要由含碎石粉质粘土组成,表层有分布砼、毛石堡坎等。该层素填土为新近填土,填龄小于10年,土体成分较单一,均匀性一般,结构松散,土质不均,渗透性强。该层分布于整个不稳定斜坡地带及道路建筑地带,厚度约为1~5m。
(2)第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)
含碎石粉质粘土:棕红色,可塑,湿。含少量碎石,碎石母岩主要为页岩,碎石粒径一般0.5~8cm。厚度1.5~6m。
(3)志留系宁强组(Sn)页岩
强风化页岩:局部滑床上层为强风化页岩,灰白色,含少量粘土矿物,粘土胶结物分布不均,岩芯呈块状,裂隙中充填粘土;中风化页岩,薄-厚层状构造,岩芯较完整,岩芯多呈短柱状,岩芯长度在15cm-50cm。渗透性较小,为相对隔水层和稳定的基岩层。
4、滑坡因素敏感性因子分析
4.1粘聚力敏感性因子分析
对滑带土粘聚力通过钻孔取样进行室内试验并结合数据的反演来确定,粘聚力8.3kPa,然后采用折线法计算滑坡的稳定性系数1.1221,依次计算粘聚力变化在6.2-19.4 kPa范围间滑坡的稳定系数。计算结果显示,滑坡的稳定系数1.0467-1.37285,粘聚力变化对应的滑坡稳定性敏感系数SAF=0.02396-0.02704。根据粘聚力变化与对应的敏感系数变化规律显示,在自然工况下,随着滑带粘聚力的增大,滑坡的稳定性随着线性增大。对暴雨工况,地震工况和暴雨与地震耦合工况下,均呈现线性增大,SAF=0.02704,SAF=0.02399,SAF=0.02396,其敏感性逐步下降。
4.2内摩擦角敏感性因子分析
对滑带土粘聚力通过钻孔取样进行室内试验并结合数据的反演来确定,内摩擦角为14.9kPa,然后采用折线法计算滑坡的稳定性系数1.1241,依次计算粘聚力变化在11.8-26.9 kPa范围间滑坡的稳定系数,滑坡的稳定系数0.96113-1.89514。根据敏感性计算公式,内摩擦角变化对应的滑坡稳定性敏感系数SAF=0.05974-0.07022。粘聚力变化与对应的敏感系数变化规律显示,随着滑带内摩擦角的增大,滑坡的稳定性呈现上凹正相关增大。对暴雨工况,地震工况和暴雨与地震耦合工况下,变化规律一致,SAF=0.05974-0.06821,SAF=0.05612-0.05965,SAF=0.05513-0.05941,其敏感性逐步下降。
4.3容重敏感性因子分析
对滑带土容重通过钻孔取样进行室内试验来确定,容重19.6KN/M3,饱和容重20.1KN/M3,然后采用折线法计算滑坡的稳定性系数1.1319,依次计算容重变化在18.1-26.9 kPa范围间滑坡的稳定系数。计算结果显示,滑坡的稳定性变化1.16908-1.06954,根据敏感性计算公式,容重变化对应的滑坡稳定性敏感系数SAF=0.00799-0.01368,根据容重变化与对应的敏感系数变化规律显示,随着滑带容重的增大,滑坡的稳定性随着逐步减小。对暴雨工况,地震工况和暴雨与地震耦合工况下,均呈现下凹负相关减小,SAF=0.00659-0.01067,SAF=0.00773-0.01097,SAF=0.00629-0.00974,其敏感性逐步下降。
5、结论
通过对庄房头滑坡滑带土的重度、粘聚力、内摩擦角等方面的敏感性分析,得出影响该滑坡稳定性的主要因子,为采取有效的工程治理措施提供参考依据,结论如下:
(1)根据对庄房头滑坡的敏感性分析,按照敏感度的大小进行排列,影响滑坡稳定性的因素依次为内摩擦角、粘聚力、土体容重。对比发现,土体容重对滑坡的稳定性影响较小。
(2)根据内摩擦角的敏感性分析,敏感系数从0.05974逐渐到0.07022,对滑坡的稳定性影响随着内摩擦角的增大敏感系数逐渐增大。
(3)滑带土粘聚力对滑坡稳定性的影响随着容重增大而呈现下降趋势,敏感系数绝对值SAF=0.02704下降到0.02396,滑坡的稳定性系数呈微向下凹的抛物线型减小。
(4)计算结果表明:在自然工况、暴雨工况、地震工况和暴雨+地震耦合作用下,同等条件其敏感系数逐步下降。
(5)滑带土内摩擦角对滑坡稳定性的影响敏感性最大,在采取工程措施中,应积极提高滑面内摩擦角,其次考虑提高滑带土粘聚力的工程措施。
参考文献
[1]许强.四川省 8•13 特大泥石流灾害特点、成因与启示[J].工程地质学报,2010,18( 5) : 596-608.
[2]倪恒,刘佑荣,龙治国.正交设计在滑坡敏感性分析中的应用[J].岩石力学与工程学报,2002,21(7): 989-992.
NI Heng, LIU You-rong, LONG Zhi-guo. Applications of orthogonal design to sensitivity analysis of landslide[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002, 21(7): 989-992.
[3]刘剑平,朱坤元,陆元鸿,等. 2012. 应用数理统计[M].上海: 华东理工大学出版社.