考虑蠕变特性的滑坡稳定状态分析研究

第32卷 增刊2 岩 土 工 程 学 报 Vol.32 Supp.2 2010年 8月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Aug. 2010

考虑蠕变特性的滑坡稳定状态分析研究

谭万鹏1,2，郑颖人1,2，王 凯3

(1. 后勤工程学院军事建筑工程系，重庆 401311；2. 重庆市地质灾害防治工程技术研究中心，重庆 400041；

3. 重庆市高新岩土工程勘察设计院，重庆 400016)

摘 要：岩土体的蠕变特性是影响滑坡变形和稳定状态的重要因素。进行滑坡稳定性分析，依据位移监测资料进行预警预报，都有必要考虑滑坡的蠕变特性。以重庆云阳凉水井滑坡工程为背景，采用考虑蠕变特性的强度折减法，从宏观观测现象分析、监测位移趋势分析和数值模拟分析3个方面，研究滑坡变形破坏机理。研究表明，通过对比监测位移–时间曲线和不同安全系数所对应的计算位移—时间曲线，定量判断滑坡稳定状态，结合定性经验分析，可准确进行预警预报，为工程决策提供重要参考。 关键词：边坡工程；滑坡预报；蠕变；强度折减法；安全系数

中图分类号：P642 文献标识码： A 文章编号：1000–4548(2010)S2–0005–04 作者简介：谭万鹏(1979– )，男，河南巩义人，博士研究生，从事岩土工程稳定性及其数值分析研究。E-mail:

tanwanpeng@163.com。

Stable state of landslides considering creep properties

TAN Wan-peng1,2, ZHENG Ying-ren1,2, Wang Kai3

(1. Dept. of Architecture & Civil Engineering, LEU, Chongqing 401311, China; 2. Chongqing Geological Hazard Control Engineering

Technology Research Center, Chongqing 400041, China; 3. Chongqing High-tech Geotechnical Engineering Investigation and Design

Institute, Chongqing 400016, China) Abstract: Creep property of rock and soil is important for landslide deformation and stable state. And it is necessary to be

considered for analyzing stable state and prediction of landslides by displacement monitoring resources. With the landslide

project which lies on Yunyang County in Chongqing City of China, the strength reduce technology considering creep properties

is employed to study landslide deformation mechanism through analysis on macro phenomenon observation, monitoring

displacement trend and numeral computing results. The final research shows that through comparing the monitoring

displacement curves with the calculated displacement curves, the quantitative determination of the landslide stable state

combined with qualitative experience can make accurate landslide prediction, and it can provide important reference for

engineering decision-making.

Key words: slope engineering; landslide prediction; creep; strength reduce technique; safe factor

0 引 言

滑坡的发生和发展是一个累进、渐变的破坏过程。

蠕变是岩土体的重要力学特性。滑坡与时间有关的变

形主要由蠕变引起，因此，分析滑坡变形破坏特征，

确定其稳定状态，需要考虑岩土体材料的蠕变特性。

国内外学者采用室内试验、数值模拟、工程实例研究

等方法，对滑坡蠕变的变形机理进行了深入地研究[1-6]。文献[6]提出考虑蠕变的强度折减法，研究理想状

态下滑坡的蠕变变形对稳定性状态的影响规律。具体

评价滑坡的稳定状态，需要在宏观破坏现象分析、监

测位移趋势分析、考虑蠕变的数值分析的基础上，采用动态、多手段、全过程的滑坡预警预报方法综合加

以判定[7]。流程如图1。本文结合重庆云阳凉水井滑

坡工程实例，对考虑蠕变特性的滑坡稳定性分析进行

了研究。

1 工程概况 重庆云阳凉水井滑坡位于长江右岸。滑坡整体平

面形态呈“U”形，后部地形呈近似圈椅状，前缘高

程约100 m，后缘高程约319.5 m，总体积约407.79

─────── 收稿日期：2010–04–20 6 岩 土 工 程 学 报 2010年

×104 m3。三峡库区试验性蓄水172 m后，该滑坡于

2008年11月开始出现变形，2009年4月份再次出现

明显变形，滑坡裂缝开展平均每天1 cm，最大张拉裂

缝已达60 cm。由于该区域长江航道狭窄，滑坡体积

大，失稳后入江速度快，形成涌浪高，将直接威胁过

往船舶及乘客安全，经济损失和社会影响无法估量，

受到国土资源部门和当地政府的高度重视，于2009

年4月初对该滑坡进行全方位的监测，本文的研究数

据截止2009年11月25日。

图1 滑坡稳定状态确定流程

Fig. 1 Steady-state determining progress for landslide

2 宏观破坏现象分析

由于水位下降及降雨增多，2009年3月滑坡变形

加剧，后缘裂缝（LF1）全部贯通，变化肉眼可辨。

中部出现横向拉裂缝（LF3、LF4），中前部出现剪切

裂缝（LF6），两侧出现斜裂缝（LF2、LF5）。2009年

4月开始监测至今，滑坡区没有产生新裂缝。因此，

分析滑坡宏观破坏现象，主要结合库水水位及降雨量

监测结果，查看滑坡裂缝宽度监测曲线变化趋势。

图2 水位及降雨量统计

Fig. 2 Water level and rainfall statistics

由图3，从总体趋势上来看，在内、外因素的影

响下，滑坡各部位裂缝宽度增长基本一致。对比图2

的降雨量和库水水位监测结果，截止2009年6月中旬，

滑坡变形主要受库水水位变化和降雨两者的共同影响。库水水位由157 m下降到145 m，裂缝宽度增长

曲线斜率变化较大。最大降雨量出现在6月中旬。裂

缝变化增长的拐点出现在6月下旬，进入7月份，裂

缝增长日趋平缓，库水水位保持在145 m左右。滑坡

变形主要受到降雨的影响，裂缝宽度变化对降雨量的

响应较快。9月中旬开始蓄水，到10月中旬水位上升

到170 m，截止11月底，水位保持在170 m左右。9

月下旬后降雨量减小，与之前相比，裂缝宽度增长趋

势变化不明显，表现为速度较快的等速增长，暂时未

出现显著的变形急剧增长的现象，滑坡处于等速蠕变

阶段。

图3 裂缝宽度监测曲线 Fig. 3 Monitoring curves for crack's width

3 监测位移趋势分析

如图4，本次监测共设置了24个地表水平位移监

测点，划分了9个测试断面。依据断面是否在滑坡主

轴或与其平行，断面上监测点的数目多寡、分布位置

是否具有代表性、监测数据的完整与否、测点变形规

律是否明显、位移敏感性的强弱[7]，选取1-1断面5

个监测点作为研究对象，监测点每5天的累计位移变

形量与时间的关系曲线如图5所示。

图4 滑坡监测点分布

Fig. 4 Distribution of landslide monitoring points

截至2009年11月25日，5个地表水平位移监测

点累计位移量为280～300 mm，平均每天位移量为

0.81～1.48 mm，其中在遇暴雨或库水位骤降时，部分增刊2 谭万鹏，等. 考虑蠕变特性的滑坡稳定状态分析研究

7

监测点每天水平位移量10 mm左右。

地表水平位移增长的拐点出现在2009年6月下

旬，对比地表裂缝变化趋势，表明滑坡变形主要受库水水位下降影响。进入7月份，位移增长放缓，在145 m低水位期间，各监测点变化量相对较小。自9月15

号开始蓄水以来，各监测点变形较低水位时有一定量

的增大，但未出现急剧增长情况；各个监测点水平位移增长趋势、速度基本一致。滑坡整体变形特征明显，目前仍处于等速蠕变阶段。

图5 每5天累计位移变形量 Fig. 5 Total displacement of deformation per 5 days

4 考虑蠕变的数值分析

依据工程勘查报告和室内试验资料, 本文采用

Burgers模型与Mohr-Coulomb模型串连而成的复合黏

弹塑性模型Cvisc模型来模拟滑坡软弱层的蠕变变形

和强度弱化对滑坡稳定性的影响。计算中将马克斯韦

尔模型黏性系数取为无穷大，此时Cvisc模型为广义

Kelvin黏弹塑性模型[14]。对关键监测断面1–1，建立

计算模型如图6所示，

图6 滑坡示意图

Fig. 9 Schematic landslide

计算中滑体和滑床采用Mohr-Coulomb模型，中

部的滑带软弱层采用Cvisc模型，相关物理力学参数

如表1。软弱层滑带的黏滞系数为32 MPa.d，黏弹模

量为7.2 MPa。由表1，对比天然状态和的抗剪强度指标c和ϕ，饱和状态下两者分别下降约32 %和4 %。

水对滑带软弱层的弱化作用明显，而土体重度变化不

大。研究表明，对于蠕变材料，随着强度的降低，蠕

变变形在总体变形中的比例逐渐增大。参照监测位移

趋势线，进入2009年10月，滑坡变形主要由滑带软

弱层的蠕变所致。

表1 滑坡物理参数指标

Table 1 Physical parameters of landslide 天然状态 饱和状态 滑坡弹性模量/kPa泊松比重度/(kN·m-3)黏聚力kPa 内摩擦角 重度 /(kN·m-3)黏聚力

/kPa内摩擦角滑体4×1050.42300 478 29 2380 — — 滑带3×1030.42300 19.2 25 2380 13.626 砂层3×1040.42300 3 25 2380 3 25 基岩2×1060.32530 5×103 37 — — —