不同因素下成层土坡的滑裂面位置研究

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1、不同因素下成层土坡的滑裂面位置研宄瞿王颖（东南大学土木工程学院，南京，210096）【摘要】土坡的滑裂面位置对于土坡的加固设计至关重要，而目前关于成层土坡的滑裂面位置的研究很少。考虑不同的土体强度参数和土坡的几何参数,采用Geo-slope软件对31个不同工况的成层土坡的稳定性进行了分析，发现成层土坡的破坏型式与上下层土体的强度大小直接相关，当上层土体强度达到一定值后，滑裂面入口与坡肩的距离会突然减小；滑裂面入口与坡肩的距离随坡高的增大而先减小再增大，随着坡角的增大变化趋势大致是先增大后减小，然后

2、再增大。上述结论可为土坡加固提供参考。【关键词】边坡；稳定性；滑裂面；成层土.1八—刖目我国是一个多山的国家，边坡分布广泛，滑坡灾害频发。因此，土坡稳定性一直是岩土工程研究的重点问题。对于均质土坡中，安全系数和滑裂面位置随有关影响因素的变化规律研究较多。卢坤林等［1］采用临界滑动场理论［2］对不同土体强度参数和土坡几何参数对边坡滑裂面位置的影响进行了分析。裴广龙等［3］通过理论分析和Geo-slope软件分析相结合，研究了均质边坡在地震作用下，不同几何参数和强度参数对滑裂面位置和安全系数的影响。郑

3、涛等［4］则将Sigma/W模块的计算结果引入Slope/W模块进行分析，证明了将极限平衡法和有限元法结合起来的方法对均质和成层土坡有较好的适用性。王玲［5］基于某土质边坡对比分析了Geo-slope、理正及Z-Soil软件在边坡稳定性计算方面的差异。代杰［6】和史俊涛［7】都采用强度折减法研究了土坡的稳定性规律。郑颖人等［8】提出了有限元强度折减动力分析法。对于成层土坡的稳定性，现阶段的研宄尚不如均质土坡稳定性研宄那么全面和深入，更多的是具体工程案例的验算和比较。王宇辉［9］探讨了强度折减法在分

4、析复杂多层边坡和加固后土坡稳定性的适用性。王俊杰等人［10］将强度折减法应用于了成层土坡稳定性研究中。综上分析可以发现，0前关于成层土坡滑裂面位置的研究很少，其规律分析总结成果基本没有，而滑裂面的位置对于土坡加固方法的选择及设计极为重要。因此，本文采用Geo-slope软件中的SLOPE/W模块对均质土坡和成层土坡进行分析，归纳总结出土坡滑裂面位置变化的一般规律，为土坡加固提供参考。1.模型的建立采用Geo-slope软件中的SLOPE/W模块进行建模，选择Morgenstern-Price法进行

5、分析，滑裂面搜索采取软件自动搜索法，不考虑地震力和地下水的影响。图1为标准双层土坡模型，其中坡高15m,坡角45°,第一层土体厚3.75m,土体强度参数为：c=10kPa,φ=20°,γ=18kN/m3；第二层土体厚11.25m,土体强度参数为：c=20kPa,φ=25°，γ=20kN/m3。建模吋，不论土体参数和土坡几何尺寸如何变化，保持模型水平方向长155m和坡脚以下深40m不变。图1标准双层土坡模型（单位：m）Fig.lDoub

6、leslopemodel（unit:m）2.计算结果与分析2.1强度参数对边坡滑裂面位置的影响设定下层土体强度参数不变，改变上层土体强度参数（强度参数由小逐渐增大，具体如表1所示），建立10个工况模型，得到如表1所示的土坡安全系数和滑裂面位置。图2为土坡滑裂面位置示意图。从图2中可以发现，当上层土体强度明显小于下层土体时，土坡出现坡面破坏，此吋滑出面位于两层土交界面处，滑裂面未延伸到第二层土中，这是由于上层土体的强度太小，对于此类工况仅需要考虑上层土体的坡面加固；随着上层土体强度的增大，土坡破坏型

7、式变为坡脚破坏，滑裂面穿过了下层土体，但未穿越坡底所在平面，故对于此类工况，加固吋仅需要考虑坡面和坡脚加固。当上层土体达到一定强度之后(c=15kPa，φ=20°),滑裂面位置突然向坡肩靠近(表1中的工况6-10,滑裂面入口与坡肩距离在lm以内)，滑动体体积变小。此吋若采用土钉或锚杆加固，则需要注意打入的深度，相较而言此吋采用锚杆或土钉加固所需的长度较短。表1不同土体强度下土坡破坏特性汇总表Table1thesummaryofslopefailurecharacteristicsu

8、nderdifferentsoilstrength图2上层土体强度变化对滑裂面影响示意图(单位：m)Fig.2Theinfluenceofuppersoilstrengthontheslidingsurface(unit:m)2.2几何参数对土坡稳定性的影响分别考虑坡角和坡高对土坡滑裂面位置的影响。(1)坡角对土坡滑裂面位置的影响设定各层土的厚度、坡高、土体强度参数不变，坡角分别取10°广80°,每5°—变化，建立15个工况模型进行计算分析，得到如表2所示的土