一種邊坡變寬度條分的下滑推力評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及邊坡工程穩定性評價與滑坡災害預測及防治領域，具體涉及一種邊坡 變寬度條分的下滑推力評價方法。
【背景技術】
[0002] 邊坡是人類工程活動最基本的地質環境之一，也是工程建設中最常見的工程形 式。對邊坡正確的認識、合理的評價、適當的治理以及將邊坡失穩造成的災害降低到最小限 度，在邊坡工程穩定性評價與滑坡災害預測及防治領域具有巨大的社會、經濟和環境效益。
[0003] 目前邊坡穩定性分析最廣泛應用的方法為極限平衡法。該方法是把滑坡假設為剛 體，分析其沿滑動面的力學平衡狀態，通過抗滑力與下滑力之比計算滑坡體的安全系數Fs， 用安全系數是否大于等于1或大于1的程度來判別邊坡是否穩定和穩定程度。其中瑞典圓弧 條分法與剩余下滑推力法是該領域非常實用的滑坡穩定性評價方法。瑞典圓弧條分法為一 種等寬條分的土坡穩定性評價法，該方法假定滑動面為圓弧形，將圓弧滑動面上的土體等 寬度劃分為若干豎向土條，依次計算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，并計算相應的 下滑力矩和抗滑力矩，然后疊加計算出整個滑動土體的穩定性，然而對于非圓弧形滑動面， 當滑移面傾角變化較大時，依然采用等寬度進行條分，不滿足土條的力平衡條件和力矩平 衡條件，其結果會產生一定的誤差;剩余下滑力分析法假定邊坡整個滑動面在剖面上為折 線型滑移面，每一條分段為折線型滑動面的等傾角直線段，而滑坡推力等于滑坡向下滑動 的力與阻滑力之差。其滑坡推力作用方向平行于該條塊的底面，且作用點在分界線的中央； 當作用力合力出現負值時，取PilO,如果最后一塊的滑坡推力值為負值，說明該邊坡是穩 定的。由于該法假定每一分界上推力的方向平行于上一土條的底滑面，忽略了力矩平衡條 件，通過靜力平衡即可使問題得解，而且能夠為滑坡治理提供設計推力，因此在交通、水利、 鐵路以及三峽庫區的滑坡治理工程中得到了廣泛應用，在國家規范和行業規范中都將其列 為滑坡穩定性評價與治理的推薦方法。然而剩余下滑推力法的基本假定條件決定了此法僅 適用于滑動面為折線型堆積層邊坡的穩定性評價與防治，而對于一般漸變曲線滑移面的堆 積層邊坡，特別當滑移面切線傾角變化較大時，滑坡坡體土條推力很難滿足其滑坡推力作 用方向平行于該條塊的底面，且作用點在分界線的中央基本假定條件，因此對該類型滑移 面的滑坡，如果依然采用不平衡推力系數求得穩定性系數對邊坡進行穩定性分析與評價必 然會產生較大誤差。甚至將給邊坡工程帶來一定的穩定性隱患，危及國家財產和人民的生 命安全。
[0004] 大量滑坡地質勘察數據表明，目前我國許多山區堆積層邊坡下伏基巖滑移面并不 是折線型滑移面，而是連續緩變弧形滑移面，其中不同部位下伏基巖滑移面曲率又各不相 同，而上述邊坡剩余下滑推力法雖然可適用于不規則折線滑移面的穩定性評價與設計，卻 無法解決滑移面為連續緩變弧形滑移面的穩定性評價問題。且對于大型堆積層邊坡其滑移 面通常是上述兩種類型滑移面的復合體，即不規則折線滑面與弧形滑面的復合型滑移面， 所以運用傳統的剩余下滑推力法評價該類邊坡穩定性不能滿足其精度要求，極容易產生誤 判。因此，對連續緩變弧形滑移面或復合型滑移面的大型堆積層滑坡，尋找一種有效精確的 不等寬條分穩定性評價新方法已成為滑坡減災防治領域迫切需要解決的問題。
【發明內容】
[0005] 鑒于上述圓弧條分法與剩余下滑推力法的局限與不足，本發明旨在尋求一種突破 現有傳統的新方法，針對下伏基巖面為連續漸變曲線滑移面，通過理論分析和比較，認為連 續漸變曲線滑移面的計算精度與滑面控制點處滑面傾角的變化量密切相關，通過控制該變 化角度可以控制其精度，同時在剩余下滑推力基本假定中，針對滑坡推力作用方向平行于 該土條的底面的局限性，提出對滑移面進行逐步加密條分，將誤差有效控制在5%以內。
[0006] 本發明針對下伏基巖面為連續漸變曲線滑移面的邊坡工程，研究和確定了一種邊 坡變寬度條分的剩余下滑推力評價方法。首先通過下伏滑移面勘探與測定綜合確定邊坡坡 體主要滑移縱向剖面圖，根據下伏滑移面傾角Θ的變化，確定傾角變化曲線的極值點與拐 點，以此劃分坡體下伏滑移面條分區間，對條分區間分別進行等角度條分，并確定整個邊坡 土條條分寬度及剩余下滑推力方向與作用點位置。因此，該方法有效解決了下伏基巖面為 連續緩變弧形滑移面邊坡的剩余下滑推力準確計算與穩定性評價問題。
[0007] 本發明的主要步驟如下：
[0008] 第一步:邊坡坡體下伏滑移面勘探與測定
[0009] 根據待評價堆積層邊坡坡體的地質地貌條件，確定堆積層邊坡坡體垂直埋深Η及 下伏基巖整體滑移面傾角Θ的變化規律，并繪制堆積層邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖；運用 原位測試或室內土工試驗綜合測定坡體及下伏滑移面的物理力學性質參數(c，p，γ )，并 繪制邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖。
[0010] 第二步:坡體下伏滑移面條分區間的確定
[0011]根據第一步繪制的邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖，以邊坡后緣方向為起始點，繪 制傾角θ的變化曲線圖，確定滑移面曲線傾角θ的變化規律與坡體下伏滑移面條分區間。
[0012] 1)確定下伏滑移面傾角θ = 〇°的所有極值點，以這些極值點及滑移面兩端點初步 劃分i個一級條分區間（i = l，2,3…m);
[0013] 2)下伏滑移面區間段拐點的確定:分別對上述一級滑移面區間段坡體進行等寬條 分成j個土條(」= 4,5···η)，并確定每一級條分區間所有土條的傾角θ^(? = 1，2,3···πι; j = 4, 5…η);根據式（1)計算所有相鄰加密土條9ij的傾角變化量△ 0ij;若△ 0ij正負號發生變化， 則判斷第i個一級條分區間的第j個土條與第j-Ι個土條的條分點為該滑移面一級區間段傾 角變化的拐點；
[0014] Δ 0ij = 0ij-0i(j-i) (1)
[0015] 3)根據上述確定的極值點、拐點及滑移面兩端點，以其作為二級條分區間的邊界 點，即可確定堆積層滑坡下伏連續漸變滑移面的各個二級條分區間。
[0016] 第三步:下伏滑移面條分區間兩端點傾角變化量的確定
[0017] 依據第二步所確定的二級條分區間位置，由坡體后緣位置開始，依次測定各個二 級條分區間的兩端條分點處傾角9k-、0 k+，根據式⑵確定該區間滑移面傾角變化量A0k。
[0018] A0k=0k+-0k- (2)
[0019] 式中：
[0020] Δ 0k-第k個二級條分區間滑移面曲線傾角變化量；
[0021] 0k- -第k個二級條分區間靠近坡體后緣的滑移面曲線傾角值；
[0022] 0k+-第k個二級條分區間靠近坡腳的滑移面曲線傾角值；
[0023] 第四步:邊坡下伏滑移面變寬度條分方法的確定
[0024]根據傳統剩余下滑推力法，邊坡條分土條越多，評價邊坡的穩定性程度精度越高。 然而，考慮有效的條分既要盡量減少工作量，提高評價與防治效益，還要能有效準確解決邊 坡穩定性評價問題，因此本方法提出邊坡下伏滑移面坡體變寬度條分方法的步驟如下： [0025] 1)以| A0k|/U(U = 2,3~N)角度對第k個二級條分區間條分成u個等寬土條，并依 據原理1及式(3)，確定此時該區間傳遞到第k+Ι個二級條分區間的滑坡推力pu:
[0026] Pu = Pu-iitu-i+KTu-Ru (3)
[0027] 式中：
[0028] pu-第k個二級條分區間的第u個土條剩余下滑力；
[0029] pm-第k個二級條分區間的第u-Ι個土條剩余下滑力；
[0030]也-i 一第k個二級條分區間的第u個土條不平衡推力系數；
[0031] Tu-第k個二級條分區間的第u個土條的滑動力；
[0032] Ru-第k個二級條分區間的第u個土條的抗滑力；
[0033] K-邊坡安全系數，該滑坡的穩定性安全系數可根據《建筑邊坡工程技術規范》 GB50330-2013規范規程綜合分析確定。
[0034] 其中，m!的計算公式見原理1。
[0035] 2)依次取u = 2，3，…N-1，N，并根據原理2及式⑶分別求得p2，P3，"φ?!-1，pu;
[0036] 3)當滿足為-凡-1玄職5時，以A 0k|/u滑移面傾度為條分標準，對二級條分區間 Pu~\ 坡體進行不等寬條分，并確定該