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摘要：在深入分析当前斜坡稳定性理论的基础上发现在斜坡失稳破坏大变形和位移不连续变形破坏等分析计算中极限平衡理论更具优越性。而建立在极限平衡理论上的斜坡稳定性分析计算方法中Morgenstern-Price法的计算条件和结果与实际情况近似度高。应用岩土分析计算软件SLOPE/W模块计算出了碎屑岩斜坡的安全稳定系数，结合湿热环境下碎屑岩的岩土特性得到该区域可能发生大规模的浅层滑坡或基岩面以下的软弱夹层滑坡。
关键词：斜坡；稳定性；安全系数；评价方法
1引言
广西地理位置独特，气候环境呈现出常年湿热的特点，广西地表大面积的碎屑岩在这种湿热环境下表现出独特的工程性质。由于该地区人类的活动、大气环境、地震和斜坡体地质结构及地质历史等因素的作用，使广西碎屑岩地区成为斜坡发生失稳破坏的高发区，极大的威胁到该地区人民的生命财产安全。因此，探索在湿热环境下碎屑岩斜坡稳定性分析成为了一种现实的需要。
斜坡稳定性分析是岩土工程领域最古老和最普遍的数值分析类型之一，它有可能不是控制工程结构稳定或垮塌的唯一因素，但它是最关键的因素。基于此，本文深入分析了当前斜坡稳定性理论，在研究斜坡失稳破坏等大变形和位移不连续变形破坏的分析计算中极限平衡理论可靠性强，更加切合实际。建立在极限平衡理论上的斜坡稳定性分析计算方法众多，Morgenstern-Price法是这些方法中在国际上被公认为最严密的斜坡稳定性分析计算方法。应用岩土分析计算软件SLOPE/W模块对碎屑岩滑坡稳定性进行计算分析，得出了碎屑岩滑坡岩土体在饱和状态下的安全系数，结合湿热环境下碎屑岩的岩土特性分析了碎屑岩斜坡失稳的特点。
2斜坡稳定性理论和计算方法
斜坡失稳一直以来是岩土工程研究中的热点和难点课题之一，稳定性分析作为一种常用方法用来分析斜坡破坏规律和估算斜坡安全系数，为斜坡灾害治理的发展提供了坚实的理论基础。当前分析计算岩土体稳定性的理论主要有两种：一种是建立在刚体上的极限平衡理论；另一种是以有限元为代表的数值计算理论[1-5]。
基于极限平衡理论的极限平衡法，通过力的平衡或力和力矩两者都平衡建立起斜坡安全系数表达式。极限平衡法假定斜坡岩土体为塑性刚性体，忽略了岩土体自身的应力-应变关系，按照一定规则将斜坡范围内具有滑动趋势的变形体分割成土条，应用土条间的平衡条件建立斜坡的稳定性方程，以此达到分析斜坡稳定性的目的。该方法物理意义明确，分析过程简单方便，结果可靠性强，广泛应用于斜坡稳定性分析计算。但是，各种建立在极限平衡理论基础上的稳定性计算方法均忽略了土体的应力-应变这一力学对应关系，计算得到的安全稳定系数为所设定滑动面上的平均值，这就导致出现大量的试算比较，因此，计算工作比较复杂。随着计算机技术的发展，使大量的试算工作由计算机完成，这就很大程度上简化了工作量，推动了各种计算方法的发展。尽管这些方法计算出的结果与实际情况有所差距，但在一定程度上反映了斜坡的破坏机率。
有限单元法是以连续介质力学为基础的数值分析方法[4-7]。该法满足了静力许可、应变相容和应力-应变之间的本构关系，不受斜坡几何形状和材料不均匀性的限制，同时还提供应力和变形的全部信息，这些是极限平衡理论方法无法做到的，因此，有限元法是一种比较理想的分析斜坡稳定性方法。但有限元法不能很好的求解斜坡发生大变形和位移不连续等变形破坏问题，对分析中的应力集中问题等的求解也不理想。
斜坡失稳破坏过程中一般会产生岩土体大变形和不连续位移，同时出现应力集中现象明显，因此，采用基于极限平衡理论的极限平衡法对斜坡失稳进行分析计算更符合实际情况。
按照Coulomb和Rankine的两种不同思想理论，基于极限平衡理论衍生了多个极限平衡计算方法，如瑞典条分法（Ordinary法）、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法等。这些计算方法都有各自的特点，但也有一定的局限性，唯有Morgenstern-Price法充分考虑了条间正应力和剪力，同时满足了力平衡和力矩平衡的要求，且考虑了多种形式的条间力函数，函数可以供用户选择，与其它极限平衡方法相比Morgenstern-Price法更接近于实际情况。
在众多的斜坡安全稳定性计算方法中Morgenstern-Price法是唯一在滑裂面的形状、静力平衡要求、多余未知数的选定各方面均不作假定的严格方法[8-9]。且在国际上被公认是最严密的斜坡稳定性分析计算方法，因此，将重点应用Morgenstern-Price法对岑溪滑坡进行安全性分析，同时也将得到的分析结果与Ordinary法、Bishop法和Janbu法进行对比。
3 GeoStudio2007中的SLOPE/W模块介绍
GeoStudio2007系统软件是加拿大岩土软件开发商GEO-SLOPE公司开发的面向岩土、交通、采矿、水利、环境地质工程等领域的一套仿真分析软件。SLOPE/W模块是GeoStudio2007软件中的一个专门计算斜坡稳定性的软件，集合了斜坡稳定性分析中的几何学、孔隙水压力、土体强度等命令界面，并且能够与该软件中多个其它模块进行耦合计算分析。在考虑地下水压力和土体抗剪强度的情形下，应用SLOPE/W中自动搜索滑动面的方式对岑溪碎屑岩斜坡进行稳定性计算和分析，得出斜坡岩土体在饱和状态下的安全稳定系数。
4岑溪斜坡稳定性计算和分析
湿热环境下的碎屑岩斜坡岩土体具有非均质特性，地表覆盖层分为粉质粘土、碎屑岩全风化层、碎屑岩强风化层和碎屑岩弱风化层，根据相关室内试验，得到覆盖层3层岩土体的各项物理力学参数指标和弱风化层的部分物理力学指标，见表1。
表1 岑溪滑坡岩土体物理力学参数指标
图1 岑溪滑坡剖面图
根据前期地质钻孔资料分析得到的岑溪滑坡地质剖面图（见图1）和斜坡的边界特征建立与现场实际情况基本相符的稳定性计算模型（见图2），应用Geo-SLOPE软件计算得到岑溪斜坡岩土体在饱和状态下的安全稳定系数，见表2.
注：F为滑坡稳定安全系数。
由于碎屑岩具有成岩过程特殊、组成物质成分复杂、孔隙度较大，孔隙率高、压缩性强、遇水易软化、具有一定的膨胀性和受环境影响大的特点，在连续强降雨或短时间暴雨的情况下，降雨强度一般均大于地表雨水的入渗能力，此时导致斜坡表层的岩土体由非饱和状态迅速达到饱和状态，地下水的孔隙压力急剧增大，且由于碎屑岩较强的渗透能力使岩土体内的湿润锋不断下移，达到饱和状态的岩土体区域增大。伴随着这个过程的发展，斜坡饱和区的岩土体重度增大、压缩性提高，由于地下水对碎屑岩的软化作用，使得其抗剪强度大幅度降低。在这种极为不利的情况下，由于岩土体不同层位及软弱夹层与同层岩体之间的强度差异，在斜坡坡向和坡体倾角的影响下，极易在斜坡层面交界处和软弱夹层中形成顺层滑坡或其它形式的滑坡。
5结论
在深入研究斜坡稳定性理论和分析计算方法的基础上，应用Geo-Slope软件分析计算了岑溪碎屑岩斜坡岩土体在饱和状态下的安全稳定系数，结合湿热环境下碎屑岩的特点，可以得到以下基本认识：
（1）基于极限平衡理论建立的各种稳定性计算方法虽然忽略了岩土体应力-应变的力学对应关系，但对于斜坡失稳破坏这种大变形和位移不连续变形破坏的分析计算效果较理想。
（2）桂东南碎屑岩具有孔隙率大、渗透性强、压缩性高和遇水易软化的特点，在连续强降雨或短时间暴雨作用下，其强度大幅度降低，该区域的斜坡稳定性急剧下降，可能导致大规模的下伏基岩面以上浅层滑坡或基岩面以下的软弱夹层滑坡。
参考文献：
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论文作者:向锐
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/16
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