库区泥岩层力学参数敏感性分析及边坡稳定性评价

及边坡稳定性评价黄小敏(赣州市水利电力勘测设计研究院，江西 赣州341000)［摘要］库区岸坡通常因含有泥岩等软弱夹层而处于欠稳定状态。为了分析含泥岩层库区岸坡稳定性，对不同

角度的斜坡灵敏度进行了分析，并对岸坡建立了数值模型，对其稳定性进行评价。结果表明：斜坡的稳定性对 泥岩的内聚力比对材料密度和内部摩擦角更敏感；与静态条件相比，在地震条件下，坡度变得更加不稳定，随

着粘聚力的减小和坡角的增加，边坡变得更加不稳定。［关键词］边坡稳定性；数值评估；敏感性分析；拟静力分析；泥岩［中图分类号］TU 411［文献标识码］A往都会忽略地震效应、坡角以及材料特性的组合,

1引言本文运用GeoStudio首先对不同角度的斜坡灵敏

度进行了分析，然后分别对地震条件以及静力条

泥岩具有压缩性高、强度低等特点,在振动条

件下的边坡稳定性进行评价，对各种因素组合对

件或在水体影响下常发生软化现象叫在库区的天 然岸坡中，常含有泥岩等软弱夹层使得岸坡存在 较大的安全隐患。欠稳定岸坡严重威胁着库区人 民的生命和财产安全，因此对含泥岩层的库区岸

边坡稳定性的综合影响进行了详细的说明，对此

类边坡分析具有借鉴意义。坡稳定性分析具有重要意义。目前使用较为广泛的边坡稳定性方法主要有

2工程实例定性分析法和定量分析法“51两类。定性分析法的 优点是能够快速对边坡的稳定状况及其发展趋势 做出评价,但也存在一定的缺陷,在对边坡稳定进

2.1工程简介本文研究区域位于天山地区，分析路段 为WYSJ-1合同段，总体呈现东北-西南走向，该

行评价时人为主观因素太多。其中定性分析主要 路段为连接天山南北的纵向大通道，线路位于高 海拔和高地震烈度地区,且低强度泥岩分布广泛，

是在实地进行分析，对边坡失稳的破坏形式、影响

因素、易变形地质体的演化史和成因进行分析，从 在该地区常发生震级较大的地震，震级大于6.0的

而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发 展趋势的定性说明和解释。近些年来，随着计算方

强震动可引发大面积分布滑坡。低强度的泥岩材 料和地震都可能导致滑坡的形成。因此，评估该路

法和计算机技术的飞速发展，定量分析法中的数 值分析方法被广泛应用于工程实例中叫数值分析

段的边坡稳定性是必要的。2.2边坡材料的岩土特性方法能弥补刚体极限平衡法不能求出岩土体应 力-应变关系以及与实际工作状态不完全相符的 不足,且计算结果较精确。但是众多学者对于边坡的稳定性分析中，往滑坡是否会发生受许多因素的影响，其中之一

是边坡材料的岩土特性，从钻孔记录中可以看出，

该公路边坡为强度较低的泥岩,具体参数如表1所

示，这可能是边坡发育的主要因素。所研究边坡未［收稿日期］2018-01-29［作者简介］黄小敏(1986-),男，江西人，硕士，研究方向:水工设计。-46-吉林水利泥岩层公路边坡稳定性评价边坡基本物理力学参数黄小敏2019年10月表1

SLOPE / W指定不同参数的取值，分别得出参数在

内摩擦角(。)单位重量(kN/m3)粘聚力(kPa)不同取值情况下的安全系数。材料取值范围如表1 所示。使用Morgenstern-Price方法由于同时考虑

值的范围平均值18-2010-2517.525-301927.5了力和力矩的平衡，比Bishop法等极限平衡方法 更为严格叫故使用Morgenstern-Price方法进行灵

风化泥岩强度特征值：内摩擦角为25。一30。,粘聚

力为25 kPao风化层泥岩强度特征值:内摩擦角为

26°—28°,内粘聚力为10 kPa。3物理力学参数的灵敏度分析敏度分析。对灵敏度分析中的所有材料物理力学参数进

行统一标准化，化为介于0.0和1.0之间的值。0.0 表示最低值即最不敏感,1.0表示最高值表示此参

数对边坡稳定性影响程度较大。对于本文的案例,

极限平衡法在边坡稳定性分析中运用较多,

0.0表示材料的粘聚力为10 kPa且内摩擦角为

原理主要是运用刚体力学对受力进行适当地简 化，然后结合岩土体强度破坏准则进行边坡稳定 性分析。25°,对应的1.0表示粘聚力为25 kPa且内摩擦角

为30。。不同参数值下的计算安全系数如图1所 示。图中交叉点表示使用所有参数平均值(表1)时

在 GeoStudio 软件 中考虑 10。、20。、30。、40。、

50。、60。、70。、80。这8种不同坡角的简单边坡模

的安全系数。结果表明:粘聚力变化对岸坡安全系 数影响最大，材料容重变化对岸坡稳定性影响最 小。因此，材料粘聚力被作为主要的影响因素用于

型。灵敏度分析的主要作用在于判定不同因素对 边坡稳定性影响程度。在GeoStudio软件中的进一步的边坡稳定性分析。亠内摩擦角*粘聚力-容重(a)坡角=10。 (b)坡角=20。(c)坡角=30。—内摩擦角+粘聚力-容重0.5 1Sensitivity range

Sensitivity range(e)坡角=50。 (f)坡角=60。(g)坡角=70。图1边坡稳定性灵敏度图质点施加水平力，地震系数取0.05o4安全系数计算结果在上节中已经对坡角、泥岩粘聚系数以及地

震力等因素对边坡稳定性的影响程度进行了评

对于地震效应的模拟，本文应用伪静力分析 来揭示产生惯性力的地震震动加速度的影响。在

Geo-Studio软件的极限平衡法中，用作用在每个单

价。分别计算不同范围内的坡角和粘聚力下的边 坡的安全系数。计算模型所用材料参数都取表1

所示的平均值:容重取值为18.5kN/m3,内摩擦角=

27.5。。分别对边坡进行了静力分析和伪静力分析

元质心的水平和垂直方向的力来模拟地震的惯性 力。本文计算只考虑水平惯性力，即只在每个单元

以此来分别模拟静力状态和地震效应下的边坡状

-47 -吉林水利泥岩层公路边坡稳定性评价黄小敏2019年10月态。不考虑地震作用时的安全系数等值线图如图

2所示。从图2中可以看出，当粘聚力小于12kPa

时和坡角大于75。时,泥岩边坡的安全系数均小于

1.0o在边坡稳定规范中，安全系数值小于1.2被视

为是不稳定的，因此，由图2可知，当泥岩粘聚力 大于16kPa或坡角小于60。时可认为边坡是稳定 的,在实际工程中要注意进行实时监测,必要时采图2边坡安全系数等值线图（地震系数为0）图3边坡安全系数等值线图（地震系数为0.05）-48-取相应的加固措施。考虑地震因素的安全系数等值线图如图3所 示。与未考虑地震作用时相比，由于地震作用的影

响，边坡更加容易失稳破坏。当粘聚力小于13kPa 时,边坡的安全系数小于1.0。当坡角大于65。时,

粘聚力小于13kPa的泥岩边坡的安全系数小于

1.0o结合安全系数等值线图表明，在地震条件下,

边坡变得更加不稳定，由图2和图3的安全系数 等值线图表明：边坡安全系数等值线图可以更加

直观的反应边坡的稳定性情况；且随着粘聚力的

增加和坡角的减小,边坡变得更加稳定。5结论通过对边坡材料物理力学参数的敏感性分析

以及不同因素组合下的安全系数计算得到以下结

论：1） 边坡安全系数对粘聚力最敏感,对材料容

重和内摩擦角较不敏感，因此在进行边坡稳定分

析时，要着重考虑粘聚力对安全系数的影响。2） 与静态条件相比,在地震条件下,坡度变得

更加不稳定。随着粘聚力的减小和坡角的增加，边

坡变得更加不稳定。口参考文献：[1] 丁彦慧•中国西部地区地震滑坡预测方法研究[硕士学位论文]

[D].北京冲国地质大学,1997.[2] 方建瑞，朱合华，蔡永昌.边坡稳定性研究方法与进展[J].地下空 间与工程学报,2007,3（2）： 343-349.[3] 祝玉学.边坡可靠度分析[M].北京：冶金工业出版社,1993 ：16-25.[4] 夏友元,李梅.边坡稳定性评价方法研究与发展趋势[J].岩石力学

与工程学报,2002,21（7）:1087-1091.[5] 中国科学院武汉岩土力学研究所.岩质边坡稳定性的实验研究

与计算方法[M].北京:科学出版社,1981.⑹刘立平，姜德义，郑硕才等.边坡稳定性分析方法的最新进展[J].

重庆大学学报（自然科学版）,2000,23（3）:115-118.[7]包承纲，王清友.土坡稳定性分析[M].北京:清华大学出版社，

1988.（英文摘要下转第59页）吉林水利吉林省梅河口市地表水资源调查评价王仔2019年10月表4 1956-2015年系列径流深等值线校核计算表计算面积(km2)辉发河干流5%—10%o由于春汛后雨水不多，逐渐进入汛前枯

水期。6月中下旬开始进入夏汛，降水主要集中在

多年平均径流深(mm)计算值 量算值相对误差(％)7、8月份,6—9月径流量占全年径流量的80%左

右。详见图2、图3。558.0199.5 202.8 1.67.2径流的多年变化7径流的年内分配及多年变化7.1径流的年内分配梅河口市河川径流量主要靠雨水补给，河川

河川径流的多年变化主要取决于年降水的多 年变化，一般用径流的变差系数Cv值来说明年径

流多年变化的特性。梅河口市年径流变差系数Cv 值分布与年降水量变差系数Cv的分布趋势一致,

径流的季节变化和降水季节变化关系十分密切。

从整体上看Cv值在0.56—0.61之间。全市多年平 均径流量45 468x104m3,变差系数Cv值等于0.58,

在水流形态上区分为畅流期和封冻期。每年冬季 降水普遍减少，河流封冻，河川径流主要靠地下水

丰(P=20%)枯(P=75%)水年之比为2.49倍。补给,江河水量出现第一个枯水期,径流量占全年 径流量的5%。一般河流春汛径流量占年径流的8结语经过水文分析计算，梅河口市多年平均降水 量为712.6mm,多年平均水面蒸发量为765.4mm

(E601型蒸发器)，多年平均入境水量为67 572x

10如3,多年平均出境水量为108 493x104m3o多年

平均地表水资源量为45 468x104m3,多年平均水资 源总量为53 150x10^3。水资源总量可利用率为

月份图2海龙水文站多年月平均径流量图35.0%,人均水资源占有量为876.5m30经分析计算

多年平均地表水资源可利用量为14 3 22x104m3,水 资源总量可利用量为16 7 42x104m%应根据当前产 业，合理开发使用水资源,作好区域地表水资

源优化配置,促进经济社会可持续发展。口

参考文献：[1] 吉林省水资源.吉林科学技术出版社,2007年.[2] 叶守泽.水文水利计算.北京：水利水电出版社,1994.月份⑶吉林省梅河口市水资源调查评价.梅河口市水利局.吉林省水文

图3海龙水文站多年平均径流量各月分配图水资源局通化分局,2016年.(上接第48页)Sensitivity Analysis of Mechanical Parameters of Mudstone Layer and

Slope Stability Evaluation in Reservoir AreaHuang XiaominAbstract: The bank slope of reservoir area is usually in an unstable state because of the weak interbeds such

as mudstone」n order to analyze the stability of bank slope in mudstone reservoir area,the sensitivity of slope

at different angles is analyzed,and the numerical model of bank slope is established to evaluate its stability.

The results show that the stability of slope is more sensitive to the cohesion of mudstone than to the density of material and the angle of internal friction. Compared with the static condition,the slope becomes more unstable

under the seismic condition.With the decrease of cohesion and the increase of slope angle,the slope becomes

more unstable.Keywords：slope stability；mudstone；numerical evaluation；sensitivity analysis；pseudo-static analysis-59 -