万金彪 陈小松 向雄 邹勇 潘朝

摘要：为解决在工程实施工程中遇到的顺层滑坡抗滑参数难以选取问题，以鄂北水资源配置工程杨楼隧洞出口左侧顺层边坡滑坡为例，选取了刚体滑移一拉裂模型、极限平衡理论对其进行反演分析，并对反演结果进行了筛选，得出滑面抗滑参数，并以此滑坡为实践对象，依据滑面参数采取支护措施后，经过8个月变形监测，边坡变形收敛，趋于稳定，结果表明该抗剪参数取值方法简单可操作，且取值准确、可靠，能满足工程实践需求。

关键词：顺层边坡;抗滑参数选取;刚体滑移;拉裂模型;极限平衡理论;鄂北水资源配置工程

中图法分类号：TU457

文献标志码：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.005

1 研究背景

根据《边坡与滑坡工程治理》…，边坡是指一切由于工程建设而开挖与填筑的斜坡体;而滑坡按其形成原因又分为自然滑坡以及工程滑坡。本文研究的顺层岩质边坡属于工程滑坡。

自20世纪80年代以来，随着我国基础设施建设力度增大以及城镇化进程的加快，在工程领域中涉及到边坡稳定性问题也越来越多。为有效控制因边坡失稳造成的经济损失，有必要对其稳定性进行科学评价，并基于评价结论采取相应经济合理的工程措施。在边坡稳定性分析中，滑坡体黏聚力c和内摩擦角φ值的确定对分析结果准确与否起决定性作用。目前确定边坡与滑坡参数的方法主要有试验法、经验法和反演法[2]。试验法包括室内试验和原位试验，虽然室内试验有一定代表性，但其容易受取样扰动，不能完整反映岩土体情况，原位试验可靠，但成本较高，且不利于应对一些紧急工况;经验法参数获取速度较快，但过于依赖工程师职业素养，且易受人为主观影响;反演法兼顾参数取值的准确性和即时性，在滑动边坡稳定性评价中得以普遍应用。目前用于参数反演的方法主要有极限平衡法、反分析法等。

本文以鄂北水资源配制工程杨楼隧洞出口左侧边坡滑坡为例，采取基于极限平衡理论的参数反演分析方法，确定其抗剪参数取值，并依据参数结果，对边坡支护提供依据。

2 工程概况

鄂北水资源配置工程杨楼隧洞出口位于襄阳市枣阳市兴隆镇杨家老庄附近。滑坡位于杨楼隧洞出口左岸。根据前期勘察以及现场踏勘，开挖坡体揭示岩性自上而下分别为：①第四系中更新统（ Q2ydl）阎庄组黏土，具弱膨胀性，层厚3-4 m;②震旦一青白口系耀岭河群（ （Qn-Z1）yl）钠长片岩，灰绿色，灰白色，鳞片变晶结构，片状构造，产状为320°∠11°，在二级边坡坡角处发育有产状为220°∠17°泥质夹层，外倾结构面走向与边坡夹角为24°，且含有内倾结构面，为顺层边坡。

该段基坑边坡设计总高约22 m，分三级边坡开挖，中间设置马道，三级边坡坡率为1：1.5，坡高5.5 m;二级边坡坡率为1：0.75，坡高6m;一级边坡坡率为1：0.75，高9.5 m。当开挖至二级马道时，边坡沿外倾软弱结构面220°∠ 17°发生滑动，随后按坡率1：2对一级、二级边坡进行削坡减载，并在一级设置边坡监测点。削坡完成后，边坡并未保持稳定，滑体仍沿软弱结构面发生缓慢滑动。

滑坡后缘错落高度0.5-1 m，前缘坡脚水平位移0.2-0.3 m，滑塌体宽约45 m，高12.84 m，坡面平均倾角25.6°，滑塌体后部出现数条裂缝（见图1-2）。

初步判定滑坡原因如下：①判定分析边坡岩体风化严重，呈强风化～全风化，强度较低，岩体呈破碎状，又因受外倾软弱结构面220°∠17°影响，与坡面倾向基本一致，裂隙面为泥化层，平直光滑，结合极差;②随着二级边坡开挖完成，220°∠ 17°裂隙面上部岩体完全被切断，临坡一侧开始沿220°∠17°产生卸荷并发生蠕动，随着边坡岩体变形积累，边坡岩体向临空面方向发生拉裂变形，在边坡上部形成张裂缝，随之后部岩土体出现新的临空面，进而又引出后部岩土体的拉裂变形，从而形成后缘多处大型张拉裂缝。

3 滑坡稳定性方法选取及参数反演计算

3.1 滑坡稳定性分析方法选取

目前用于边坡与滑坡抗剪强度反演的方法主要有极限平衡法、传递系数法和位移反分析法等。

根据现场实地勘查，本文针对杨楼隧洞出口滑坡滑移一拉裂破坏的特点[3]，以滑移一拉裂破坏模式下的顺层滑坡为研究对象，采取基于极限平衡的刚体滑移模型，来反演此类滑坡结构面的抗剪强度参数。边坡主要剖面见图3。

依据滑坡现场勘查结果，此滑坡可假定为刚体平面应变问题，则根据刚体滑移模型，在重力的作用下，单位宽度的滑体，其抗滑力（R）、滑动力（T）以及安全系数（Fs）分别为

3.2 滑坡参数确定

3.2.1 稳定系数确定

根据滑坡现场勘察和滑坡变形特点分析，并借鉴前人的研究成果[4]，结合表1来确定本文中滑坡的稳定系数。由表1中取值及滑坡变形情况可知滑坡安全系数Fs<0.9，结合工程类比，将此滑坡安全系数取值设为0.8-0.9，文中分别取安全系数为0.8，0.85，0.9进行计算。

3.2.2 内摩擦角（φ）确定

依据前期地质试验成果，结合现场滑面特点，并参考前人[5]对结构面强度参数的总结，常见结构面取值见表2。由于本次研究中，滑面结构为泥化层，结合极差，滑面倾角為17。，可初步划定本文中滑坡内摩擦角取值范围为φ=[8°，11°]。

3.2.3 参数计算及校正

依据式（1），得出不同安全系数以及内摩擦角下的滑动面黏聚力（c）取值情况见表3。

依据前人[5]对顺层滑坡失稳条件的研究，刚体滑移模式下的顺层滑坡失稳时的高度一定大于给定滑坡参数下的临界边坡高度，滑坡临界高度表示为式中，Hcr为临界边坡高度，m;a为坡面倾角，（°）;β为滑面倾角，（°）;），为滑体加权平均重度。

将表3中的12组c、φ值代人式（2）中，得出各自参数下的边坡临界高度（见表4）。依据滑坡现场，取H=12.44≈Hcr，对滑坡参数取值进行修正。

从表4计算结果可知，只在安全系数Fs=0.9时，有一组参数值满足边坡高度要求，从而筛选出138+880处抗剪强度参数为c=8.17kPa，φ=8°。

4 边坡加固及稳定性分析

依据上述确定的滑面抗剪强度参数值，确定边坡支护措施为：①在高程128.00 m处垂直马道施打两排注浆钢管并进行注浆，钢管长15 m，直径108 mm，三角形布置，间距1.5 m，顶部浇筑宽1.8 m、高50 cm的混凝土使注浆钢管连成一个整体，浇筑混凝土前每隔3m预埋一根φ5 cm长2m的排水管;②在高程129.00 m及高程130.50 m处平行于马道方向施打两排注浆钢管并进行注浆，钢管长15 m，直径108 mm，三角形布置，间距1.5 m;高程132.50 m往上土体用小导管进行注浆，入岩5m，直径40 mm，梅花形布置，间距2m，并沿坡面布设监测点。

选取采取支护措施后2017年4月至2018年2月的边坡变形数据，得到位移累积曲线（见图4）。由圖4可知，X累积位移5 mm，Y，累积位移49 mm，沉降累积12 mm，边坡变形整体趋于收敛。

5 结论

通过对鄂北水资源配置工程杨楼隧洞出口左岸滑坡分析得出：①通过反演的方式，能较好地满足工程现场工况紧迫、参数准确的需要;②反演的参数准确与否，选取合适计算模型以及校正方法至关重要;③该方法通过反演得到了边坡滑动面较准确的滑动参数，并为边坡的有效支护提供了重要依据。

参考文献：

[1]郑颖人，边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陈静瑜.滑坡抗剪强度参数反演方法研究[D].长沙：中南大学，2014.

[3]董辉，张海明，傅鹤林，等.基于巴西劈裂试验的顺层板岩边坡“滑移一拉裂”破坏研究[J].铁道科学与工程学报，2014.11（3）：94-100.

[4] 王帆，宋文搏.滑坡计算参数反演分析及研究——以引汉济渭工程梅子集镇移民安置点边坡为例[J].资源环境与工程，2012，26（5）：521-524.

[5]吉锋.顺层边坡硬性结构面强度参数及工程技术研究[D].成都：成都理工大学，2008.

（编辑：唐湘茜）

作者简介：万金彪，男，工程师，硕士，主要从事水利水电工程地质工作。E-mail： 812718237@qq.com