青藏高原多年冻土区滑坡稳定性及成因分析_杨占谦.pdf

工程前沿11工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月青藏高原多年冻土区滑坡稳定性及成因分析杨占谦青海岩土工程勘察院有限公司，青海 西宁 810000摘要：青藏高原多年冻土区滑坡灾害形成机理主要为冻融泥流，冻土区滑坡稳定性是工程活动中必须解决的问题之一。文章采用传递系数法与有限元强度折减法，对位于青藏高原多年冻土区的滑坡进行稳定性分析，并详细分析研究区滑坡的成因。通过对基于两种分析方法的计算结果进行对比分析，表明有限元强度折减法具有显著的可靠性与优越性，能够为滑坡治理提供可靠的数据指导。关键词：滑坡；青藏高原；多年冻土；冻融泥流；传递系数法；有限元强度折减法Abstract:The formation mechanism of landslide disaster in permafrost region of Qinghai-Tibet Plateau is mainly solifluction.The stability of landslide in permafrost region is one of the problems that must be solved in engineering activities.In this paper,the transfer coefficient method and the strength reduction finite element method are used to analyze the stability of the landslide in the permafrost region of Qinghai-Tibet Plateau,and the causes of the landslide in the study area are analyzed in detail.The comparative analysis of the calculation results based on two analysis methods shows that the strength reduction finite element method has significant reliability and superiority,and can provide reliable data guidance for landslide treatment.Key Words:landslide;Qinghai-Tibet Plateau;permafrost;solifluction;transfer coefficient method;strength reduction finite element method分类号：P642.22Stability and Cause Analysis of Landslide in Permafrost Region of Qinghai-Tibet Plateau YANG ZhanqianQinghai Geotechnical Engineering Survey Institute Co.,Ltd.,Xining 810000,Qinghai,China004.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：杨占谦，男，本科，助理工程师，研究方向为岩土勘察设计。1 研究场地特征文章研究的滑坡位于玉树藏族自治州曲麻莱县秋智乡域内，色吾曲河南岸。地貌为山麓斜坡堆积地貌。滑坡地貌基本保持完整，其前缘、中后部均较平缓，滑坡体范围内高程为 4 356 4 323 m，高差约 33 m。滑体坡面植被较不发育，固坡能力差。根据现场调查及勘探资料，其滑坡堆积体岩性主要以含粉土角砾为主，表层携带有草甸土，主要分布在多年冻土上限以上。堆积体粗颗粒母岩成分多为风化页岩，坡体页岩节理裂隙极发育，岩体破碎。该滑坡地处季节性冻土（分布于多年冻土上限以上）、岛状多年冻土分布区，多年冻土上限埋深一般为 1.9 2.7 m。其滑动性质属融冻泥流、热融滑塌，滑坡后壁、侧壁明显，滑坡地貌基本保持完整，斜坡地表有蠕动、滑动痕迹，地表沿周界有裂缝发育，平面呈簸箕状，后缘有明显裂缝，前缘有明显剪出口，滑坡纵向长约 120 m，宽 120255 m，路段长 240 m，自然斜坡坡度约 10 20，主滑方向坡度为 27，滑坡一般埋深为 1.20 3.00 m，计算滑坡体体积约为 6.4104 m3。2 滑坡稳定性分析计算参数选择试验值、反算值综合确定，由于土体取样的扰动、试验人操作及实验环境等因素对实验数据影响大；而且由于取样试验数据较少，数据离散性较大，将其用于评价滑坡稳定性，结果会与实际调查结果有较大偏差。而反算时考虑滑坡已经变形，滑移面贯通，整体滑动过的迹象，是在结合宏观地表变形迹象的定性判断和在勘查确定的滑动面形态基础上12 工程前沿 2023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究反算1-2，反算数据较好地反映了滑坡实时稳定状态。结合试验值、反算值对计算参数进行综合取值，主要参数物理力学如表 1 所示。表 1 滑坡区稳定性计算主要物理力学参数2.1 传递系数法现以折线型滑动传递系数法为例加以研究。由于传递系数法适用于任意形状的滑裂面，假定条间力的合力与上一土条底面相平行，根据力的平衡条件，逐条向下推求，直至最后一条土条的推力为 03，计算简图如图 1 所示，折线滑动计算如图 2 所示，计算公式如下：GbQiGiPii+1i-1i-1Pi-1ili图 1 折线型滑动面边坡计算简图推测滑动面路基29填筑土地面线图 2 折线滑动计算图0nP=（1）11i/iiiisPpTRF=+Ri（2）()()111cossintan/iiiiiisF=（3）()sincosiibiiiiTGGQ=+（4）()cossintanii iibiiiiiiRclGGQU=+（5）式中：Pn为第 n 条块单位宽度剩余下滑力，kN/m；Pi为第 i 计算条块与第 i+1 计算条块单位宽度剩余下滑力，kN/m（当 Pi 0 时，取 Pi=0）；Ti为第 i 计算条块单位宽度重力及其他外力引起的下滑力，kN/m；Ri为第 i 计算条块单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力，kN/m；Fs为边坡稳定性系数；i-1为第 i-1 计算条块对第 i 计算条块的传递系数；ci为第 i 计算条块滑面的黏聚力，kPa；i为第 i 计算条块滑面的内摩擦角，；li为第 i 计算条块滑面长度，m；Gi为第 i 计算条块滑体单位宽度自重，kN/m；Gb为滑体单位宽度竖向附加荷载，kN/m；i为第 i 计算条块滑面倾角，；Qi为第 i计算条块滑体单位宽度水平荷载，kN/m，方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值 Ui第 i 次计算条块滑面单位宽度总水压力，kN/m。2.2 有限元强度折减法滑面有限元应力分析方法是首先在边坡中定义存在潜在的滑裂面，然后将整个边坡当作变形体。赋予坡体各地层不同的单元材料属性，采用有限元法计算出边坡体内的应力分布；然后通过搜索潜在最危险滑动面，计算出边坡坡体的整体抗滑稳定性；通过沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力之比得到滑裂面安全系数；应用圆弧搜索法或者数学规划方法按照安全系数最小的原则，确定最危险滑裂面和边坡安全系数。随着科技的进步和数值计算精度的提高，强度折减分析方法逐步成为边坡稳定分析研究的新趋势，当前研究的主要方向集中于确定判别整体失稳的评判标准4，计算结构模型如图 3 所示，计算公式如下：图 3 有限元强度折减法三维模型()tanscLFL+=（6）式中：c 为滑面的黏聚力，kPa；为滑面的内摩擦角，；为主应力，kPa；L 为滑面长度，m；为切应力，kPa。2.3 根据不同方法计算结果分析上述两种方法均是在非正常工况（暴雨或连续降雨加地震等荷载作用状态）下的计算结果，传递系数法计算边坡稳定性系数为 0.47，有限元强度折减法计算边坡稳定性系数为 0.40。从上述算例可以看出，有限单元法计算结果与传统传递系数法结果十分接近，略偏于安全，证明基于有限元计算结果的应力分析方法对边坡稳定性计算的结果是可靠的。传递系数法的结果推广到实际边坡应用时，往往土体类型状态重度/（kNm-3）黏聚力 C/kPa内摩擦角/含粉土碎石天然20.002.021.0饱和21.001.011.0 工程前沿13工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月存在误差。采用有限元强度折减法三维来分析边坡的稳定性，建立三维有限元模型，能够更加精确地分析滑坡的稳定情况，从而准确地指导滑坡治理。3 滑坡成因分析（1）滑体主要为季节性冻土，季节性冻土（分布于多年冻土上限以上）在反复强冻胀和消融作用下，坡体易不稳，会沿自然坡面向河床下滑。（2）水是引起滑坡形成的外在主要因素，滑体岩土结构较为松散，地表水快速入渗，因此在冻土消融季节、雨季及持续降雨条件下，会使滑坡岩土湿度、重度急剧加大，从而导致抗滑体抗滑力及抗剪强度下降、下滑力增大，为滑坡的形成创造了有利条件5。（3）该段斜坡地处岛状多年冻土分布区，地下冰发育，在坡度不同的部位地下冰的分布呈现出自上而下规律变化的趋势。少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土及含土冰层均有发育，山坡顶部通常基岩裸露或仅有很薄的覆盖层，岩性颗粒粗、排水条件好，往往只形成整体状或裂隙状构造冻土，多为少冰或多冰冻土6。自山坡自上而下，岩土体颗粒级别由粗变细，松散堆积层由薄变厚，水分容易集中在山坡中下部，地下冰厚度自上而下逐渐增厚，冻土类型由少冰冻土逐渐向下变为含土冰层。属于极差多年冻土地段（A 区），其含冰量高，一般融沉等级可达到-级。项目区气候严寒、地势高耸，属高寒大陆性气候，多年冻土冻融上限变化较大，对修筑于此的道路破坏作用强烈7。（4）该段多年冻土冻融上限变化较大，季节性冻土（分布于多年冻土上限以上）在反复强冻胀和消融作用下，使上部软土体软化，在重力作用下沿坡向蠕滑变形。在雨季和冰雪消融季节的活动性较强，表层软土层沿坡向蠕动发展较快，斜坡经过一定时期的蠕动后，滑带土强度进一步降低，造成持续蠕动，在表层形成大量裂缝，如局部遇阻，便形成台阶状泥流堆积体（鼓丘）。下伏基岩分布稳定且连续，无软弱下卧层。目前正处在蠕滑变形阶段，场地稳定性较差。4 结论与建议（1）通过对传递系数法与有限元强度折减法的对比分析，其结果十分接近，有限元强度折减法略偏于安全，证明基于有限元计算结果的应力分析方法对边坡稳定性计算的结果是可靠的。因此，建立三维有限元模型，采用有限元强度折减法三维来分析边坡的稳定性，能够更加精确地分析滑坡的稳定情况，从而准确地进行指导滑坡治理。（2）在多年冻土地区，未经扰动的活动层饱冰土体，在反复冻融过程中，沿山坡缓慢向下蠕动，从而形成融冻泥流。其具有滑动面角度较小、浅层滑动的特点。（3）受温度控制下冰融化，水在冻结成冰时，体积膨胀，因而对岩土裂隙壁产生较大的压力，使裂隙加深加宽。当冰融化时，水沿扩大了的裂隙，更深入地渗入岩石的内部，同时水量也可能增加，并再次冻结成冰。这样冻结、融化作用交替进行，导致滑坡产生，因此在工程治理中应以保护冻土的原则选择措施，同时注意设置良好的截排水设施。（4）建议对该路段滑坡前缘进行回填反压处理，回填前应清除地表层草甸土，回填反压填料宜为碎石、砂砾石粒，回填应分层压实，先回填碎石，再回填砂砾，其压实系数应满足相关规范要求。工程建设后，该段斜坡出现多处裂缝，保温挡墙、路肩挡墙均有明显变形、下沉等现象。若基础底下冻土融化，对路基、挡土墙的稳定性影响大，回填反压处理不满总设计要求，建议在路基两侧设置抗滑桩，以风化页岩做基础持力层，尽量选择在非雨天施工。参考文献1 赵时勇,应道喜,王家全,等.云南高原山区某滑坡灾害分析与治理J.广西科技大学学报,2020,31(4):69-75.2 何永波.基于综合可靠度分析与颗粒流模拟的滑坡风险评价研究D.杭州