一种边坡变宽度条分的下滑推力评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及边坡工程稳定性评价与滑坡灾害预测及防治领域，具体涉及一种边坡 变宽度条分的下滑推力评价方法。
【背景技术】
[0002] 边坡是人类工程活动最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形 式。对边坡正确的认识、合理的评价、适当的治理以及将边坡失稳造成的灾害降低到最小限 度，在边坡工程稳定性评价与滑坡灾害预测及防治领域具有巨大的社会、经济和环境效益。
[0003] 目前边坡稳定性分析最广泛应用的方法为极限平衡法。该方法是把滑坡假设为刚 体，分析其沿滑动面的力学平衡状态，通过抗滑力与下滑力之比计算滑坡体的安全系数Fs， 用安全系数是否大于等于1或大于1的程度来判别边坡是否稳定和稳定程度。其中瑞典圆弧 条分法与剩余下滑推力法是该领域非常实用的滑坡稳定性评价方法。瑞典圆弧条分法为一 种等宽条分的土坡稳定性评价法，该方法假定滑动面为圆弧形，将圆弧滑动面上的土体等 宽度划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，并计算相应的 下滑力矩和抗滑力矩，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性，然而对于非圆弧形滑动面， 当滑移面倾角变化较大时，依然采用等宽度进行条分，不满足土条的力平衡条件和力矩平 衡条件，其结果会产生一定的误差;剩余下滑力分析法假定边坡整个滑动面在剖面上为折 线型滑移面，每一条分段为折线型滑动面的等倾角直线段，而滑坡推力等于滑坡向下滑动 的力与阻滑力之差。其滑坡推力作用方向平行于该条块的底面，且作用点在分界线的中央； 当作用力合力出现负值时，取PilO,如果最后一块的滑坡推力值为负值，说明该边坡是稳 定的。由于该法假定每一分界上推力的方向平行于上一土条的底滑面，忽略了力矩平衡条 件，通过静力平衡即可使问题得解，而且能够为滑坡治理提供设计推力，因此在交通、水利、 铁路以及三峡库区的滑坡治理工程中得到了广泛应用，在国家规范和行业规范中都将其列 为滑坡稳定性评价与治理的推荐方法。然而剩余下滑推力法的基本假定条件决定了此法仅 适用于滑动面为折线型堆积层边坡的稳定性评价与防治，而对于一般渐变曲线滑移面的堆 积层边坡，特别当滑移面切线倾角变化较大时，滑坡坡体土条推力很难满足其滑坡推力作 用方向平行于该条块的底面，且作用点在分界线的中央基本假定条件，因此对该类型滑移 面的滑坡，如果依然采用不平衡推力系数求得稳定性系数对边坡进行稳定性分析与评价必 然会产生较大误差。甚至将给边坡工程带来一定的稳定性隐患，危及国家财产和人民的生 命安全。
[0004] 大量滑坡地质勘察数据表明，目前我国许多山区堆积层边坡下伏基岩滑移面并不 是折线型滑移面，而是连续缓变弧形滑移面，其中不同部位下伏基岩滑移面曲率又各不相 同，而上述边坡剩余下滑推力法虽然可适用于不规则折线滑移面的稳定性评价与设计，却 无法解决滑移面为连续缓变弧形滑移面的稳定性评价问题。且对于大型堆积层边坡其滑移 面通常是上述两种类型滑移面的复合体，即不规则折线滑面与弧形滑面的复合型滑移面， 所以运用传统的剩余下滑推力法评价该类边坡稳定性不能满足其精度要求，极容易产生误 判。因此，对连续缓变弧形滑移面或复合型滑移面的大型堆积层滑坡，寻找一种有效精确的 不等宽条分稳定性评价新方法已成为滑坡减灾防治领域迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述圆弧条分法与剩余下滑推力法的局限与不足，本发明旨在寻求一种突破 现有传统的新方法，针对下伏基岩面为连续渐变曲线滑移面，通过理论分析和比较，认为连 续渐变曲线滑移面的计算精度与滑面控制点处滑面倾角的变化量密切相关，通过控制该变 化角度可以控制其精度，同时在剩余下滑推力基本假定中，针对滑坡推力作用方向平行于 该土条的底面的局限性，提出对滑移面进行逐步加密条分，将误差有效控制在5%以内。
[0006] 本发明针对下伏基岩面为连续渐变曲线滑移面的边坡工程，研究和确定了一种边 坡变宽度条分的剩余下滑推力评价方法。首先通过下伏滑移面勘探与测定综合确定边坡坡 体主要滑移纵向剖面图，根据下伏滑移面倾角Θ的变化，确定倾角变化曲线的极值点与拐 点，以此划分坡体下伏滑移面条分区间，对条分区间分别进行等角度条分，并确定整个边坡 土条条分宽度及剩余下滑推力方向与作用点位置。因此，该方法有效解决了下伏基岩面为 连续缓变弧形滑移面边坡的剩余下滑推力准确计算与稳定性评价问题。
[0007] 本发明的主要步骤如下：
[0008] 第一步:边坡坡体下伏滑移面勘探与测定
[0009] 根据待评价堆积层边坡坡体的地质地貌条件，确定堆积层边坡坡体垂直埋深Η及 下伏基岩整体滑移面倾角Θ的变化规律，并绘制堆积层边坡坡体主要滑移纵向剖面图；运用 原位测试或室内土工试验综合测定坡体及下伏滑移面的物理力学性质参数(c，p，γ )，并 绘制边坡坡体主要滑移纵向剖面图。
[0010] 第二步:坡体下伏滑移面条分区间的确定
[0011]根据第一步绘制的边坡坡体主要滑移纵向剖面图，以边坡后缘方向为起始点，绘 制倾角θ的变化曲线图，确定滑移面曲线倾角θ的变化规律与坡体下伏滑移面条分区间。
[0012] 1)确定下伏滑移面倾角θ = 〇°的所有极值点，以这些极值点及滑移面两端点初步 划分i个一级条分区间（i = l，2,3…m);
[0013] 2)下伏滑移面区间段拐点的确定:分别对上述一级滑移面区间段坡体进行等宽条 分成j个土条(」= 4,5···η)，并确定每一级条分区间所有土条的倾角θ^(? = 1，2,3···πι; j = 4, 5…η);根据式（1)计算所有相邻加密土条9ij的倾角变化量△ 0ij;若△ 0ij正负号发生变化， 则判断第i个一级条分区间的第j个土条与第j-Ι个土条的条分点为该滑移面一级区间段倾 角变化的拐点；
[0014] Δ 0ij = 0ij-0i(j-i) (1)
[0015] 3)根据上述确定的极值点、拐点及滑移面两端点，以其作为二级条分区间的边界 点，即可确定堆积层滑坡下伏连续渐变滑移面的各个二级条分区间。
[0016] 第三步:下伏滑移面条分区间两端点倾角变化量的确定
[0017] 依据第二步所确定的二级条分区间位置，由坡体后缘位置开始，依次测定各个二 级条分区间的两端条分点处倾角9k-、0 k+，根据式⑵确定该区间滑移面倾角变化量A0k。
[0018] A0k=0k+-0k- (2)
[0019] 式中：
[0020] Δ 0k-第k个二级条分区间滑移面曲线倾角变化量；
[0021] 0k- -第k个二级条分区间靠近坡体后缘的滑移面曲线倾角值；
[0022] 0k+-第k个二级条分区间靠近坡脚的滑移面曲线倾角值；
[0023] 第四步:边坡下伏滑移面变宽度条分方法的确定
[0024]根据传统剩余下滑推力法，边坡条分土条越多，评价边坡的稳定性程度精度越高。 然而，考虑有效的条分既要尽量减少工作量，提高评价与防治效益，还要能有效准确解决边 坡稳定性评价问题，因此本方法提出边坡下伏滑移面坡体变宽度条分方法的步骤如下： [0025] 1)以| A0k|/U(U = 2,3~N)角度对第k个二级条分区间条分成u个等宽土条，并依 据原理1及式(3)，确定此时该区间传递到第k+Ι个二级条分区间的滑坡推力pu:
[0026] Pu = Pu-iitu-i+KTu-Ru (3)
[0027] 式中：
[0028] pu-第k个二级条分区间的第u个土条剩余下滑力；
[0029] pm-第k个二级条分区间的第u-Ι个土条剩余下滑力；
[0030]也-i 一第k个二级条分区间的第u个土条不平衡推力系数；
[0031] Tu-第k个二级条分区间的第u个土条的滑动力；
[0032] Ru-第k个二级条分区间的第u个土条的抗滑力；
[0033] K-边坡安全系数，该滑坡的稳定性安全系数可根据《建筑边坡工程技术规范》 GB50330-2013规范规程综合分析确定。
[0034] 其中，m!的计算公式见原理1。
[0035] 2)依次取u = 2，3，…N-1，N，并根据原理2及式⑶分别求得p2，P3，"φ?!-1，pu;
[0036] 3)当满足為-凡-1玄職5时，以A 0k|/u滑移面倾度为条分标准，对二级条分区间 Pu~\ 坡体进行不等宽条分，并确定该