滑坡稳定性评价方法对比研究

滑坡稳定性评价方法对比研究

第三届全国岩土与工程学术大会论文集

滑坡稳定性评价方法对比研究

陈国华１何维彬２

朱志刚１

１．北京市勘察设计研究院有限公司，北京，１０００３８；２．北京市路政局门头沟公路分局，北京，１０２３００

摘要：为把握各种滑坡稳定性计算方法及其差异性，从在滑坡稳定性评价常用的极限平衡法如：Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法、Ｓａｒｍａ法、传递系数法等的基本原理出发，分析了各种方法的不同假设条件和适用范围。并结合多个滑坡实例，计算出了滑坡的稳定性系数。对比研究发现，对许多滑坡而言，Ｂｉｓｈｏｐ法计算的稳定性系数一般偏大，传递系数法与Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｊａｎｂｕ法基本相近。就工程应用而言，传递系数法与其他方法可比性强，且可计算出滑坡推力，对任意形状滑动面滑坡，推荐为首选计算方法。关键词：滑坡稳定性分析条分法

前言刖舌

滑坡稳定性研究的主要任务是进行稳定性计算，评价目前的稳定状态和可能的变形发展趋势，它是在确定了地质模型和物理破坏模式以后，给出合理的数学概化模型，才能计算得出正确的结论，才能作为整治工程设计的依据。

滑坡稳定性的分析研究可追溯到一百多年前（Ｃｕｌｍａｎｎ，１８６６），目前分析模型主要有三类：定性评价法、定量评价法、非确定性评价法。目前，工程上使用最多、最成熟的方法是极限平衡分析法，它是一种定量分析方法，研究历史可追溯到本世纪２０年代或更早，近十几年来仍在不断发展。在极限平衡分析法中，有Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法、Ｓａｒｍａ法、传递系数法等方法。因为它们的不同条分法的假设条件和所满足的平衡条件的不同，会造成计算结果间存在差异。

滑坡是三峡库区中的主要地质灾害之一，数量多，危害重，影响大。而在三峡库区从事滑坡的勘察、设计、施工的单位及人员很多，他们来自全国各地、各个系统，对滑坡的分类、认识不完全一致，采用滑坡稳定性的计算方法也不尽相同。这就有可能造成对同一滑坡稳定性的评价、设计结果的不一致或混乱。本文主要针对极限平衡分析法在评价滑坡稳定存在的差异和共性进行分析比较，以便为规范三峡库区滑坡的防治工作，取得具有可比性的勘察、设计结果，提高滑坡地质灾害防治效率提供有益的决策依据。

１极限平衡分析法毛技限半衡分机法

极限平衡分析法的理论基础是极限平衡理论。其基本要点是当坡底的抗剪参数降低Ｆ。倍后，坡体内存在一达到极限平衡状态的滑面，滑体处于临界失稳状态，其中，Ｆ。为坡体的稳定性系数。处于极限平衡状态的滑面满足摩尔一库仑准则。

对滑坡体进行极限平衡分析时，一般采用比较特殊的垂直条分方式。经过对任一条块的研究分析，在极限平衡状态下，滑体稳定是一个超静定问题，为了简化为静定问题必须进行条件假定。根据假定条件的不同，工程界和学术界提出了以下几种常用的方法：Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ（瑞典条分）法、Ｂｉｓｈｏｐ（毕肖普）法、Ｊａｎｂｕ（简布）法、Ｓａｒｍａ法、传递系数法等。这些方法从不同的侧面进行了简化假定，因而适用不同的条件和情况。

１．１

Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ（瑞典条分）法

瑞典条分法是对均质斜坡圆弧形滑面的分析方

法，忽略了条块之间力的相互影响作用，分析过程只满足于滑动体整体的力矩平衡条件，并不满足条块之间的静力平衡条件，如图１所示。

根据Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ（瑞典条分）法的假设条件，在任何情况下应用该方法都不会违反合理假定的要求。但是，该方法仅应用以圆弧形滑面，对于在非圆弧滑面的应用还需作进一步的探讨。

１．２

Ｂｉｓｈｏｐ（毕肖普）条分法

如图２（ａ）所示，作用在条块上的力除了重力

Ｗｊ外，滑动面上有切向力Ｔｉ和法向力Ｎｉ，条块的侧

基金项目：国家科技支撑计划“山区村镇地质灾害与工程防治技术研发之”村镇崩滑灾害的地面监测和遥感监测技术研究子课题”支持科研项目，子课题编号：２００６ＢＡＪ０６８０２—４。

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第二篇地质灾害与工程风险

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Ｎ

图ＩＦｅｌｌｅｎｉｕｓ法受力分析示意图

面分别有法向力Ｐｉ、Ｐ…和切向力Ｈｉ、Ｈｉ＋，。但是，从计算式的推导可看出Ｂｉｓｈｏｐ法实际上认为条间只有水平力而不存在切向力，即假设条间只有水平作用力，垂直作用力为零，且滑动面为近似圆弧。Ｂｉｓｈｏｐ法满足极限平衡条件及力多边形闭合条件和整体力矩平衡条件，但不满足条块力矩平衡。

（ａ）Ｂｉｓｈｏｐ法

１．３

Ｊａｎｂｕ（简布）条分法

根据图２（ｂ）可知，Ｊａｎｂｕ法考虑了土条间的作

用力，且假设条间合力作用点的位置总位于距滑面１／３处，在这一前提下，每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件，滑体的整体力矩平衡条件也自然得到满足。这些条件使得简布法能适用于任意形状的滑动面。但是，该方法在计算过程中存在收敛困难的问题［＿７｜，因此应该合理的进行条块的划分，同时可以对推力线的位置在距滑面１／３上、下进

，卜坐一

（ｂ）Ｊａｎｂｕ法

图２受力分析示意图

行调整，一般都可以得到收敛结果。

１．４

Ｓａｒｍａ法和分块极限平衡法

Ｓａｒｍａ法在任意条分的前提下，假设滑坡体为不透水介质，条块底面和侧面的孔隙水压力为静水压力，并基于此建立了条块底面以及侧面的极限平考虑地震或人为振动等动荷载对滑坡稳定性的影响，同时还可以考虑滑坡体后缘张裂隙中的水压力

或前缘加固处理后所产生的阻力。它可以应用于评

价各种破坏模式下的滑坡稳定性，因而应用较广，受力分析如图３所示。

图３Ｓａｒｍａ法受力分析示意图

Ｘ一

１．５传递系数法

传递系数法是我国工业民用建筑和铁道部门在核算滑坡稳定时使用非常广泛的一种方法。它适用于任意形状的滑裂面。其基本原理是在假定滑动面有一系列折线滑面构成，各分块下滑力平行于底滑面，如图４所示。取单位厚度滑体进行分析，将各力（在不考虑其他外荷载时）投影在相应分块底滑面上，根据滑面及其法线方向（Ｎｉ作用方向）上满足力

２２３

衡。Ｓａｒｍａ引进了临界地震加速度Ｋ。的概念，可以

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的平衡条件推导出了滑坡推力计算公式。

进，计算方法已１３趋完善。但其基本出发点都是一样的，就是假定岩土体是理想的塑性材料，把滑体作为一个刚体按极限平衡的原则进行分析，完全不考虑滑体本身的应力应变关系。各种方法的最大不同之处仅仅在于对相邻条块之间的内力作何种假定也

＇

一

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Ｗ

就是如何增加已知条件使超静定问题变成静定问题。这些假定的物理意义是不同的，所能满足的平衡条件也不相同，计算步骤也有简有繁。在具体应

＝彳焉

＼

Ｎ

用时应注意它们各自的适用场合。表１给出了各种方法所能满足的平衡条件及使用情况旧］。

图４传递系数法受力分析示意图

２各种方法的比较与讨论

条分法迄今以来，经过许多学者的不断研究改

表１

各种方法所满足的平衡条件

计算手段

滑裂面形式

圆弧圆弧

所满足的平衡条件

计算方法

整体力矩

Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法

Ｂｉｓｈｏｐ法Ｊａｎｂｕ法Ｓａｒｍａ法

是是是是否

条块力矩

否

垂直力

否是

水平力

否否

手算

可可可可可

机算

可可可

否是是否

是是

否

是是是

任意任意任意

可可

传递系数法

不确定性因素的作用，带有经验性。

经验表明：

（１）对于‘ｐ等于零或数值很小的软黏土，滑裂面底部的正应力对有效抗剪强度影响较小。用瑞典圆弧滑动法求出的稳定性系数并不一定比其他方法来得保守。当‘ｐ比较大时，用瑞典圆弧滑动法求出的结果就显得偏低些，用其他方法却得出大致相同的结果；

（２）对于传递系数法，其优点在于借助于滑坡结构特征分析及剩余推力计算，可以获得任意形状滑动面在复杂荷载作用下的推力，并且计算简捷。但是，此法的推力计算及某些假定条件存在不合理之处，主要表现在：①给定条块推力作用方向平行于其底滑面是硬性规定，力学原理上不够严谨，当滑动面倾角较大时，可导致条块侧面抗剪稳定系数小于１；②条块划分均为竖直方向，计算中忽略了两相邻条块间共同分界面上的摩擦力，因而只考虑了力的平衡，对力矩平衡没有考虑。实际计算中采用稳定系数乘以下滑力或除以抗滑力来弥补计算中带人的

２２４

３

实例分析

为了对比分析目前评价滑坡稳定性的几种常规

方法计算结果之间的差异，以下采用Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法、传递系数法，以三峡库区中不同岩（土）性质，不同性质的典型滑坡为例，对不同工况的滑体进行分析。３．１单一实例分析

三峡库区上渡口滑坡的稳定性分析，按两种工况考虑：天然状态、自重＋地下水位＋坝前水位降落

１７５～１４５ｍ。

３．１．１计算参数选取

目前滑坡参数的确定方法主要有：室内实验、现场测试和反算。在这里参考该滑坡的勘察报告，具体参数的选取见表２，安全系数取１．０。

表２滑坡计算参数

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３．１．２计算结果及分析

由表３可见，天然状况时该滑坡处于稳定状态，而当考虑暴雨和地震时，计算得到稳定性系数均小于所给的安全系数Ｋ。＝１．０，说明该滑坡在该工况下不能满足规定要求。在两种工况下，Ｂｉｓｈｏｐ法计算的稳定性系数最大，其余三种计算结果基本接近，但在天然状态时Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法的计算结果最小，而在考虑水位的影响时，传递系数法的计算结果略偏小。

表３滑坡稳定性系数计算结果

３．２对多个实例进行计算比较

３．２．１实例选取

本文还将采用多个例子进行稳定性系数的计算，通过不同例子的分析来比较各种方法的差异。所选例子来自三峡库区和教材中的例子，所选例子见表４。

表４滑坡稳定性计算工况对比分析实例

３．３．２计算结果分析

采用Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法和传递系

数法分别对１０个滑坡进行稳定性系数计算，计算结

果见表５和图６、图７。

表５滑坡稳定性计算结果

由图表可以看出：

（１）Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法除了在Ｂ、Ｇ这两个滑坡计算

中，出现了较大的偏差外，其余计算结果和传递系数

法较接近；

（２）Ｊａｎｂｕ法计算结果普遍略大于Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法和传递系数法，其差异在１％一２４％左右；

（３）Ｂｉｓｈｏｐ法计算得到的稳定性系数的值一般在这四种方法中是最大的。总体来看，Ｂｉｓｈｏｐ法算得的结果与其他方法的误差在精度要求上是允许的。据有关学者的经验所得，同样的力学破坏模型，同样力学参数，不同的计算方法，稳定性系数计算结果可相差３０％Ｌ４Ｊ；

（４）总的来说，传递系数法与其他方法具有很

好的可比性，而且还可计算出滑坡推力，适用于任意形状滑动面滑坡。在一般情况下，可作为首选稳定性计算方法；

（５）稳定性计算方法对不同滑坡的结果趋势是不完全相同的。例如Ｂ、Ｇ滑坡，不同的计算方法得出的稳定性系数值相差较大，而其他滑坡的差异相对较小。可见，在滑坡稳定性计算时，应尽量选择与假设条件相近的计算方法。稳定性系数

余推力法Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ

ＢｉｓｈｏｐＪａｎｂｕ法方法

图５

自然和低水位工况计算结果对比

２２５

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１．５隹要一

０．５０

结合工程实例应用，对常见的稳定性评价计算

方法进行了对比分析。通过本文研究得出以下结论：

１．传递系数法是在假定条间合力方向与上一条滑面平行的基础上满足全部力的平衡条件，从而逐条向下求出推力。计算较简捷，虽然因为条块一般不能满足力矩平衡条件，使得推力计算结果可能偏小，在计算准确性上受到一定的影响，但是大量的工程计算证明，传递系数法与其他方法可比性较强，计算结果于实际情况也较接近。

２．Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法、Ｊａｎｂｕ法的计算结果较接近，但是因为Ｊａｎｂｕ法对条问作用力考虑较全面，故其计算结果稍偏大。Ｂｉｓｈｏｐ法计算出的稳定性系数是最大的。

３．所有斜坡稳定性计算方法都有各自的优缺点

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及适用条件，并不能笼统的褒贬某种算法。在工程实际中，主要根据滑坡岩土工程特性和破坏滑动面的形态来选择合适的方法。如平面破坏滑动的斜坡可以采用平面破坏计算法，圆弧形破坏的滑坡可以采用瑞典条分法或Ｂｉｓｈｏｐ法；复合破坏滑动面的滑坡可以采用Ｊａｎｂｕ法；对于折线形滑动面的滑坡可以采用传递系数法、Ｊａｎｂｕ法来分析计算。

４．就工程应用而言，传递系数法与其他方法可比性强，且可计算出滑坡推力，对任意形状滑动面滑坡，推荐为首选计算方法。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ul11.html