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第 45 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 45 No.3 2017 年 6 月 COAL GEOLOGY deloading through rock and soil removal; stability factor; influence line 近年来，由于全球气候的异常和基础工程建设 的大规模开展，如城市建设、铁路、公路及水利工 程等，激活了大量的老滑坡或者产生了许多新的工 程滑坡，导致滑坡防治成为灾害治理工程中的热点 ChaoXing 第 3 期 李寻昌等 基于影响线分析的滑坡削方减载稳定性计算 97 问题之一[1]。滑坡治理措施较多，其中削方减载由 于其方法简单，施工方便和抗滑效果良好已成为最 常用的措施之一，尤其在滑坡应急抢险和应急治理 之中，如在三峡库区滑坡治理[2]、矿区滑坡[3]、黄土 滑坡治理[4]等各类岩质滑坡治理中得到广泛应用， 且治理效果良好。 关于滑坡削方减载，目前的研究多集中于适用 条件和与其他方法的工程对比中，如徐开祥等[5]对 滑坡削方减载工程应用条件、工程设置和注意事项 进行了定性分析， K Y Choi 等[6]指出，削方减载相 比其他防治措施对提高滑坡稳定性具有更高的有效 性和可靠度，但削方减载能否实施又受到实际地形 环境限制，因此，根据滑坡实际情况确定最佳的削 方减载位置有待深入研究。众所周知，滑坡削方减 载位置的不同对坡体稳定性的差异较大，如坡体中 上部卸载一般明显优于坡体中下部卸载，但该差异 到底如何来进行度量和计算， 国内外一般研究较少。 影响线是结构力学中解决移动荷载作用下结构 内力计算问题， 确定最不利荷载位置的最有效方法， 其在桥梁设计计算中得到广泛应用，如核心弯矩的 计算分析[7]、结构评定[8]、梁的非线性极限承载力的 估测[9]、索力的优化[10]、动力响应分析[11]等。此外， 相关学者在对桥梁、山洪、水害的研究中提出流量 影响线[12]，并得到实践验证。 为定量研究削方减载位置的不同对滑坡稳定性 的影响，并确定最优的削方减载位置，笔者引入结 构力学中的影响线概念，提出滑坡稳定系数影响线 的数学分析计算方法，并据此对坡体不同位置削方 减载情况下的稳定性进行了计算， 并根据工程实际， 确定出最优的削方减载方案，以供合理和科学的设 计决策。 1 滑坡稳定系数影响线数学分析方法的建立 1.1 影响线概念 结构力学中的影响线法研究的是移动荷载对工 程结构的影响。如桥梁承受列车、汽车等荷载，厂 房的吊车梁承受吊车荷载等。在移动荷载作用下， 结构的反力、内力及位移都将随荷载位置的移动而 变化，它们都是荷载位置的函数[13]。在各类移动荷 载中抽象出单位荷载P 1，当单位荷载P 1在结 构上移动时，表示结构某一指定截面中某项内力变 化规律的曲线，称为该项内力的影响线。移动荷载 Pl，自简支梁 A 点移动至 B 点，简支梁上点 C 的 剪力 Qc和弯矩 Mc的影响线，如图 1。 利用叠加原理即可进一步研究各种移动荷载对 该项内力的影响。 图 1 简支梁内力影响线 Fig.1 Internal force influence line of simply supported beam 1.2 滑坡稳定系数影响线数学分析方法的建立 为了研究对滑坡体不同位置进行削方减载的治 理效果，本文比拟结构力学移动荷载影响线概念， 提出滑坡稳定系数影响线的数学分析方法。根据坡 体的实际情况，以削方减载位置的不同作为可变荷 载，以每次削方减载情况下对应的稳定系数作为影 响量， 构建滑坡削方减载情况下的影响线分析方法。 根据该计算方法，可以直观的看出各自卸载位置的 稳定系数大小，并结合工程实际和相关规范，合理 的确定最优的卸载方案。 2 工程实例 2.1 滑坡概况 滑坡位于陕西省延安市东北部黄土梁峁的斜坡 地带，东北紧靠蟠龙河，南侧为延河，西邻黄土梁 峁地带。滑坡滑坡体主轴方向为西南东北方向， 南北长约 1 000 m，东西宽约 600 m，滑坡体高差约 80 m，坡角约 15。依据初勘野外钻孔揭露，Ⅱ级 滑坡平均厚度为 1520 m，总体积为 611.6 万 m3， 属大型土质堆积层滑坡，见图 2，其中黑框部分表 示工程建设规划区域， 坡脚垂直开挖高度 315 m 不 等，其中 55 剖面所在部分开挖高度较大，平均约 为 12 m。 2.2 削方减载方案 取该滑坡沿主滑方向的主剖面 55 作为研究 对象，根据勘察报告，该剖面共存在两级滑面，滑 体主要由第四系全新统黄土状土，第四系中、上更 新统黄土和古土壤构成；滑床除滑坡后缘和前缘为 第四系上更新统、中更新统黄土和第四系全新统黄 土状土构成外，主要为三叠系中统延安组砂质泥岩 和砂岩等构成，该剖面在天然工况下状态稳定，饱 和工况基本稳定。由于工程建设的需要，对该滑坡 体坡脚进行了开挖，开挖高度约 12.0 m，导致该滑 坡体稳定性降低，天然工况下稳定系数 1.23，饱和 工况 0.97，均达不到工程设计等级的安全要求，且 ChaoXing 98 煤田地质与勘探 第 45 卷 开挖面处滑坡推力达 1 860 kN/m。 图 2 滑坡及工程建设平面图 Fig.2 Landslides and construction plan 为保证工程建设的顺利进行，对该开挖坡面进 行了抗滑桩支挡，为减小设桩处的滑坡推力，在方 案论证时提出了坡体削方减载建议。 依据剖面形状， 结合工程实际，共设计了 8 组削方减载方案以供设 计选择，其中每组方案卸载方量约为 192 m3/m，每 组所涉及的条块见图 3 和表 1。每组均采用多级分 台卸载，其中每级高度 58 m，坡度 10.75，每两级 之间留置不小于 3.0 m 宽的平台。 2.3 削方减载后滑坡体的稳定性比较 边坡稳定性分析是滑坡设计计算中的重要环 节，目前规范推荐的主要是基于极限平衡原理的传 递系数法，该法编程容易、计算收敛、适用面广、 计算原理较符合客观实际，已成为应用最广泛的边 坡稳定分析方法之一[14]。本文亦采用传递系数法计 算滑坡的稳定系数。 计算参数的选取结合室内试验、 现场原位试验、 工程类比及室内反算等方法综合取值，具体见表 2。 利用传递系数法，首先对所选计算剖面进行 条块划分，共 32 块，如图 3 所示。然后根据表 2 所提供的计算参数，对 8 组削方减载方案的滑坡 体分别计算其在天然状态、饱和状态下的滑坡稳 定性系数和对应设桩处的滑坡推力，计算结果如 表 1 所示。 图 3 55 剖面挖方卸载分区示意图 Fig.3 The schematic diagram of zoning of unloading trough excavation of section 55 从表 1 可明显看出，在滑坡体中上部卸载，可 明显提高坡体的稳定性，减小设桩处的滑坡推力。 2.4 坡体不同位置削方减载的影响线分析 为了直观表示由于卸载位置的不同坡体稳定 系数的变化规律，文中将所选剖面 8 组不同削方 减载方案中的土石位置作为可变荷载， 随着卸载 位置的不同，分别得出的与其相对应的滑坡稳定 系数。 ChaoXing 第 3 期 李寻昌等 基于影响线分析的滑坡削方减载稳定性计算 99 表 1 8 组卸载方案的滑坡稳定系数 Table 1 The landslide stability coefficient of 8 sets of unloading schemes 稳定系数 Ks 编号 荷载 Pn 所在滑块P1,P2,,Pn 卸载方量/m3设桩处剩余下滑推力/kNm -1 天然状态 饱和状态 方案1 P1 1，2，3，4，5，6，7 197 406.23 1.39 1.09 方案2 P2 4，5，6，7，8，9 192 600.18 1.37 1.07 方案3 P3 6，7，8，9，10，11 194 1 052.60 1.36 1.06 方案4 P3 7，8，9，10，11，12，13 191 1 467.18 1.33 1.02 方案5 P4 11，12，13，14，15，16 192 1 838.40 1.31 0.99 方案6 P5 13，14，15，16，17，18，19192 2 412.79 1.27 0.96 方案7 P6 16，17，18，19，20，21，22191 2 806.37 1.25 0.94 方案8 P7 19，20，21，22，23，24，25190 2 918.65 1.25 0.94 表 2 物理力学参数表 Table 2 The list of physical mechanical parameters 容重 γ/kNm-3 内聚力 c/kPa 内摩擦角 φ/ 滑坡结构 天然状态 饱和状态 天然状态 饱和状态 天然状态 饱和状态 滑体 19.5 20.1 13.5 9.8 15.8 12.5 滑带 19.7 21.9 13 10 12 10 滑床 19.9 20.3 15 10.2 23 15 根据 DZ/T02192006 滑坡防治工程设计与施 工技术规范[15]的要求，结合工程所对应的工程设 计等级，本滑坡防治工程设计安全系数取值如下 天然状态下 Ks1.35；饱和状态下 Ks1.05。 根据表 1 的计算结果，分别画出所选计算剖面 天然状态和饱和状态下的滑坡稳定系数影响线，分 别如图 4 和图 5 所示，图中 K1，K2，⋯，K8分别表 示 8 种不同减载位置下的滑坡稳定系数。 图 4 天然状态下滑坡稳定系数影响线 Fig.4 The influence line of landslide stability coefficient under natural state 通过图 4 和图 5 所示的不同卸载方案滑坡稳定 系数影响线的比较，可以得到如下分析结果 a. 在滑坡体中上部进行削方减载，可以极大提 高坡体的稳定系数，降低坡脚滑坡推力。 b. 在坡体中下部卸载，不但无法提高坡体的稳 图 5 饱和状态下滑坡稳定系数影响线 Fig.5 The influence line of landslide stability coefficient under saturated condition 定性， 还会对坡体的稳定带来不利影响， 加大坡脚处 的滑坡推力，该影响随着卸载位置的下移愈加明显。 c. 通过给定的设计安全系数，该影响线图还可 明确给出卸载的范围，即水平线以上部分均可满足 设计要求，水平线以下部分不满足设计要求，避免 具体施工时的盲目性。 根据滑坡稳定系数影响线分析结果，如要对该 段滑坡体进行削方减载，减载方案 1、方案 2 和方 案 3 均满足滑坡设计要求，但考虑到方案 1 和方案 2 靠近滑坡后壁，进一步削方减载，势必加大后壁临 空面的高度，使其更加高陡临空，可能对其顶部的 重要建筑青化寺带来不利影响，因而将方案 3 作为 削方减载推荐方案，以供论证和决策时使用。 ChaoXing 100 煤田地质与勘探 第 45 卷 3 结 论 依据结构力学中移动荷载作用下的影响线概 念，以削方减载位置的不同作为可变荷载，以每次 削方减载情况下对应的稳定系数作为影响量，对延 安某滑坡不同卸载方案下的稳定系数进行了影响线 分析，并根据稳定系数的大小，结合工程实际，给 出了较为合理的工程卸载方案。 通过对延安某滑坡55剖面的8种削方减载方 案的稳定性分析， 先后得出各方案的滑坡稳定系数， 并分别绘制出天然状态和饱和状态下各方案的滑坡 稳定系数影响线，分析影响线与滑坡治理设计安全 系数之间的关系，得出如下结论 a. 滑坡稳定系数影响线可以快速、准确地确定 滑坡治理的最有效削方减载位置。 b. 滑坡稳定系数影响线可以根据滑坡削方减 载过程中各种实际情况，合理、有效地调整削方减 载位置，减少不必要的人力和物力资源浪费。 c. 滑坡稳定系数影响线可以应用到各种滑坡 治理的削方减载工程中，指导滑坡削方减载位置的 选择和确定。 参考文献 [1] 张倬元. 滑坡防治工程的现状与发展展望[J]. 地质灾害与环 境保护， 2000，11289–97. 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