傳統的把安全系數作為邊坡穩定性評價指標的方法常用定值法進行核算,把巖土介質物理力學狀態參數看作定值,沒有考慮參數的變異。可靠性理論考慮了巖土介質物理力學狀態參數的隨機性,基于一定的試驗數據,對狀態參數進行統計分析,進而求得邊坡穩定性的可靠度指標和失效概率,用以評判邊坡的穩定性。可靠性理論可有效地解決巖土體內客觀存在的不確定問題,因而,逐漸受到巖土工程界的重視,并開始應用于巖土工程、邊坡工程及滑坡災害評價治理之中。文中運用Rosenblueth方法對西藏江雄水庫左壩端山體滑坡進行了穩定性分析與評價。
1工程概況
江雄水庫位于西藏山南地區貢嘎縣境內。壩址座落在朗杰學鄉巴納村上游約250 m,地理位置為東經91°6′、北緯29°8′,多年平均氣溫8.6℃,多年平均降水量366.9mm。河床段壩址海拔高程3790 m,壩址以上流域面積154.17 km
2,河道長度18.58 km,河道比降47‰。 水庫樞紐工程由土石壩、溢洪道和輸水洞組成,水庫設計壩高33.66 m,壩長691.5 m,總庫容l169.19萬m
3,是一座高山峽谷區以灌溉為主的中型水庫。
2滑坡概況
根據對滑體區地質調查和山地鉆探資料,并結合左壩端區鉆探資料結果分析,認為該滑坡巖土類型受淺層滑動和深層滑動控制。綜上表明左岸滑坡巖體自上而下裂隙逐漸閉合,巖體的完整性逐漸加強,透水性逐漸降低。滑坡區淺層滑面埋藏深度一般為10 m~25 m。深層滑面埋藏深度一般為30 m~50 m,淺層滑面傾角10°~25°,并在滑坡下緣呈現水平或反傾現象,深層滑面傾角15°~30°。綜上所述,左岸滑坡巖土體變形破壞特征具有顯著的分層性。結合滑體周邊巖層地質結構和滑動巖土體結構特征,認為該滑坡變形破壞類型為潰曲蠕滑一楔型滑動組合類型。
3滑坡穩定性定量評價
3.1可靠性概率分析
在傳統的邊坡穩定性分析中,力學指標、地下水分布狀態、巖體結構參數、爆破振動效應和地震效應等都視為確定值,相應采用定數分析法得出安全系數的確定值。這些方法應用時問較長、范圍較廣,但其最大的缺點是沒有考慮影響斜坡穩定性因素的不確定性,如:滑動面的粘聚力、摩擦系數、巖體容重、地下水動態。可靠性概率分析理論是一門正在迅速發展的新科學,可靠性理論所采用的概率分析方法以隨機事件和隨機過程為研究對象的,在邊坡工程中得到了廣泛的重視和應用。可靠性就是一個系統在時間
t內不失效的概率
P(t)。
邊坡可靠性概率分析就是研究邊坡在各種確定和不確定因素作用下的安全問題,其目的就是
要把特定邊坡的工程地質性質和工作狀態的不確定性定量化,進而把這些不確定性納入到邊坡設計中去。可靠性概率分析法與傳統方法中的單一安全系數值相比較,所不同的是直接利用計算分析參數的統計特征值或其概率分布函數,以安全系數計算公式作為建立邊坡極限狀態函數的基礎,以安全系數作為可靠性評價的中間數據,以可靠性指標β和破壞概率
Pf作為最終評價指標。概率方法與定值方法互為補充,使得斜坡的穩定性評價更準確、更科學。
3. 2 Rosenblueth方法
Rosenblueth方法又稱統計矩的點估計方法,是由羅森布魯斯( Rosenbluethl)于1975年提出的一種矩估計的近似方法。其基本思想是:當各種狀態變量的概率分布為未知時,只要利用其均值和方差(通常由點估計給出),就可以求得狀態函數的l階矩(均值)、2階中心矩(方差)及3,4階中心矩,進而可求得可靠指標、破壞概率。
3.3邊坡穩定可靠性分析
由反分析法確定C、φ, 求得的各個剖面滑帶的安全系數中,以剖面III的滑帶2在考慮地震效應的正常高水位條件下的安全系數為最小。所以文中以剖面III的滑帶2為研究對象,運用Rosenblueth方法和極限平衡法一起來分析該塊滑體。把該塊滑體分為兩層,上層為殘積層,下層為碎裂或塊裂結構的泥質及砂質板巖。計算時考慮兩種工況:蓄水前天然條件(即自重+地下水)和正常高水位條件(即自重+地下水+正常高水位)。 根據日本京都大學佐佐恭二教授研制的大型高速環剪試驗機所進行的環剪試驗,對滑動帶土的抗剪強度參數均值和C、φ進行測定。試驗的抗剪強度參數C、φ的變異性非常顯著,滑動帶抗剪強度參數C、φ的方差分別是μ
c=38.375 kPa,μ
φ=11.125°,σ
c=8.434 kPa,σ
φ=7.060°。根據Rosenblueth方法安全系數是隨機變量C,φ的函數,即z=F(χ
1 ,χ
2)=F (C,φ)。
圖l滑體條塊劃分圈
根據Rosenblueth方法可以得到四組抗剪強度參數
C
1=μ
c+σ
c =46.809, φ
1=μ
φ+σ
φ=18.185,
C
2=μ
c+σ
c =46.809, φ
2=μ
φ-σ
φ=4.065,
C
3=μ
c-σ
c =29.941, φ
3=μ
φ+σ
φ=18.185,
C
4=μ
c-σ
c =29.941,φ
4=μ
φ-σ
φ=4.065
如圖1所示對滑帶2進行劃分后,運用簡布法進行計算。
運用簡布法在兩種工況下求得的安全系數如表1所示。
表1 兩種工況下的安全系數
組別 |
內聚力 |
摩擦角 |
安全系數 |
蓄水前天然條件 |
正常高水位條件 |
1 |
46.809 |
18.185 |
1.729 |
1.724 |
2 |
46.809 |
4.065 |
0.8 |
0.8 |
3 |
29.941 |
18.185 |
1.609 |
1.605 |
4 |
29.941 |
4.065 |
0.671 |
0.67 |