滑坡稳定性评价及治理工程设计软件

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李长冬a,胡新丽b

(中国地质大学a.研究生院;b.工程学院武汉430074)

摘　要:主要介绍了SlopeDesigner1.2的设计开发思路和主要功能。该软件是基于Windows面向对象技术开发的滑坡稳定性

评价与治理工程设计的一体化工程软件,采用VisualC++进行程序设计,包括稳定性分析子模块和抗滑桩设计子模块2部分,可

对地震作用、暴雨等不同工况下的滑坡进行稳定性评价和推力计算,并能够对(锚拉)抗滑桩(弹性桩、刚性桩)的弯矩、剪力及侧应

力进行计算,最后根据内力计算结果完成配筋计算。在三峡库区兴山县二里半滑坡的应用研究表明,该软件具有很好的工程实用性。

关键词:稳定性分析;滑坡推力;抗滑桩内力计算;治理工程设计;VisualC++程序设计

中图分类号:P642.22;TP319　文献标识码:A 文章编号:100027849(2006)0120095204

滑坡是自然界中一种十分严重的自然灾害,是

联合国“国际减灾十年”计划的重要研究对象之一,

同时也是斜坡破坏型式中分布最广、危害最严重的

一种地质灾害[1]。在目前滑坡防治工程的实际工作

中,迫切需要利用计算机进行辅助计算与设计。

目前在滑坡稳定性分析及治理工程软件设计领

域,国内有许强等[2]开发的Slope2CAD和殷跃平[3]

开发的GEOHZD2.0以及理正系列软件等。但是

很多软件或各模块功能单一而缺乏整体性,或价格昂

贵,使用不便,这在一定程度上限制了软件的应用与推

广,故笔者拟开发一套Windows环境下的集稳定性分

析与治理工程设计一体化的软件。

1　软件特点及编程思路

SlopeDesigner1.2版是基于Windows视窗开

发的,采用VisualC++编程,主要包括稳定性分析

子模块和抗滑桩设计子模块2部分。该软件主要具

有以下特点。

(1)稳定性分析子模块是针对多层岩土体的滑

体而设计的,不仅可以计算单层岩土体的滑体,而且

还可以计算多层岩土体的滑体。

(2)采用滑坡治理工程中应用最广泛的剩余推

力法进行稳定性计算,不仅可以计算在暴雨、地震作

用等因素下多种工况组合的滑坡稳定性,而且还可

以计算已划分任意数目条块的滑坡的剩余推力、各条

块滑面倾角、滑面长度、质量及稳定性系数,并可方便

地设定安全系数,反算该安全系数下的剩余推力。

(3)界面交互性强,方便快捷,输入数据与输出结果都显示在主界面中,且输入、输出数据均支持文

件操作,既可在网格控件中输入数据,又可由文件

(文本格式、Excel格式)导入数据,计算结果可以以

文本格式、Word格式、Excel格式及网页格式输出。

(4)在稳定性分析子模块中可以绘制滑坡的主

滑剖面图及推力曲线图,在抗滑桩设计子模块中可

以绘制抗滑桩随深度变化的弯矩图和剪力图,所绘

图形均可根据实际情况进行实时缩放,并可导出为

AutoCAD格式或BMP图片格式。

解决滑坡防治实际问题的一般思路为:滑坡地

质模型建立→滑坡稳定性分析与评价→滑坡治理工

程设计。具体流程如图1所示。

图1　SlopeDesigner编程思路

Fig.1　MainprogramsequenceofSlopeDesigner第25卷　第1期2006年 1月地质科技情报

GeologicalScienceandTechnologyInformation Vol.25　No.1Jan.　2006

①收稿日期:2005202213 编辑:杨　勇基金项目:国家自然科学基金资助项目(40202028);湖北省自然科学基金资助项目(2003ABA018)作者简介:李长冬(1981—　),男,现正攻读岩土工程专业硕士学位,主要从事岩土体稳定性评价与治理方面的研究工作。

2.1稳定性分析编程原理

在对滑坡进行稳定性分析和治理设计中,我国

铁路部门最先提出了分块传递系数法(剩余推力

法),该方法具有简单适用的优点[4]。SlopeDesig2

ner1.2版的稳定性分析子模块在采用剩余推力法

进行计算时,视岩土体为刚体,以平面二维方式来处

理,即沿滑面走向取单位宽度的滑体进行计算,不考

虑两侧滑体的摩擦力及其之间的挤压力。在考虑重

力、静(动)水压力和地震力作用的情况下,稳定性系

数K为[5]:

K=Tk/Tx(1)

式中:Tk为滑坡体的抗滑力;Tx为滑坡体的下滑力。

对单个滑块而言,其剩余推力为:

Ei=Ei-1・ψi+Txi-Tki・1Ks(2)

Tki=[Wicosαi-Qisinαi-Ui-

(PWi-1-PWi)sinαi]tanφi+ciLi(3)

Txi=Wisinαi+(PWi-1-PWi)

　cosαi+Qicosαi(4)

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-α)・tanφiKs(5)

式中:Tki为第i条滑块的抗滑力(kN);Txi为第i条

滑块的下滑力(kN);Ei为第i条滑块的剩余推力

(kN);ψi为第i条滑块的传递系数;Wi为第i条滑

块的自重(kN);αi为第i条滑块的滑面与水平面的

夹角(取锐角);Li为第i条滑块的滑面长度(m);

PWi为第i条滑块中动水压力产生的侧水压力

(kN);Ui为第i条滑块中动力水头产生的浮托力

(kN);Qi为第i条滑块所受到的水平地震力(kN);

Ks为安全系数;ci为第i条滑块的内聚力;φi为第i条滑块的内摩擦角。

采用此法进行计算的优点是在计算滑坡稳定性

系数的同时,可以并行求解滑坡各条块的剩余推力。

2.2抗滑桩设计编程原理

SlopeDesigner1.2版的抗滑桩设计子模块可

以计算普通抗滑桩和锚拉桩(包括弹性桩和刚性桩)

的弯矩、剪力及侧应力。

对于弹性桩采用k法进行设计计算时,桩顶承

受水平荷载时的抗滑桩挠曲微分方程为[6]:

EId4xdy4+xkBp=0(6)

式中:Bp为桩的计算宽度(m);E为桩的弹性模量(kN/m2);I为桩的截面惯性矩(m4);k为地基系数

(kN/m3);x为桩身水平位移(m);xkBp为地基作

用于桩上的水平抗力;y为桩的深度(m)。

引入变形系数β,得:

β=4kBp4EI(7)

即kBp=4EIβ4(8)

式(8)可写成:d4xdy4+4βx=0(9)

解式(9),得到滑动面以下桩身任一截面的变位

和内力的计算公式。

对于刚性桩,一般采用按角变位法计算。当桩

身埋入一种地层,滑面以下为同一m值[m为地基

系数的比例系数(kN/m4)]时,在桩底为自由端的条

件下,桩身内力计算如下:对于滑面处岩土地基系数

为A,K=A+my地层中的刚性桩,此时有:Δx=

(y0-y)Δψ,然后分别求解y≤y0和y>y0时2种

情形下抗滑桩各深度点的弯矩、剪力及侧应力[7],其

中,Δx为桩身任一截面的位移(m);Δψ为桩的转角

(弧度);y为桩的深度(m);y0为滑动面到桩旋转中

心的距离(m)。

3　应用工程实例

3.1工程概况

二里半滑坡位于三峡库区兴山县高阳镇香溪河

北岸的二里半村。三峡水库蓄水后该滑坡的前部将

被淹没,在库水位变动以及库岸再造、公路切坡

等不利因素的作用下,滑坡将会因失稳而形成地

质灾害。因此,急需对该滑坡进行稳定性评价和

治理[8]。

3.2稳定性分析

根据二里半滑坡的工程地质条件及滑坡的

特征分析,可采用剩余推力法进行稳定性计算。

考虑水库蓄水后滑坡可能遇到的各类情况(高水

位、暴雨及地震等),拟定出不同工况并进行稳定

性计算。

采用笔者开发的SlopeDesigner1.2版对二

里半滑坡进行稳定性计算。选取比较复杂的工

况,即高水位(175m)时遇到暴雨及地震,其计算

结果如图2所示。在此种工况下的稳定性系数

K=0.87583,其剩余推力Ei为2443.468kN(安

全系数Ks=1.15)。

3.3抗滑桩设计

3.3.1　推力计算　二里半滑坡在采用剩余推力法

计算推力时,考虑了水库蓄水后滑坡可能遇到的各69 地质科技情报 2006年

Fig.2　Calculationresultsunderwaterlevel,rainstormandearthquakecase

类情况,特别是最危险的情况。利用SlopeDesig2

ner1.2版分别对在天然状况、设计工况以及支挡后

的校核工况下的稳定性系数及推力值进行了计算,

并根据各滑块的推力值绘制了各种工况下的推力曲

线(图3)。

3.3.2　悬臂桩设计与计算　抗滑桩的布置应垂直

于滑坡的主滑方向,该方案共设计了3种类型的抗

图3　二里半滑坡不同工况下的推力曲线

　Fig.3　PushingforcecurvesofErlibanlandslideindifferentcases滑桩,均为C25的钢筋混凝土人工挖孔桩,为单排

布置,共31根,其中A型桩6根(受荷段14m+锚

固段8m),B型桩16根(受荷段12m+锚固段7m),

C型桩9根(受荷段8m+锚固段6m),抗滑桩截面

均为3.0m×3.5m,间距均为5m。根据图3综合

确定滑坡设桩处的推力设计值为3400kN/m。根

据公式计算得到3种桩型的变形系数β均相等,即β=0.191,且均有β・H2>1.0,故3种桩型的抗滑

桩均应按照弹性桩进行内力计算。

将A、B、C型桩的各参数分别输入到SlopeDe2

signer1.2版的抗滑桩设计子模块中,可以求得各

桩的最大剪力、最大弯矩以及最大侧应力,并据此进

行下一步的配筋计算。以下选取A型桩为例进行

计算。对于A型桩,其运行结果如图4所示,其最

大弯矩Mmax=91.919663(MN・m),最大剪力

Qmax=-20.139041MN,最大侧应力:σmax=

3.269463MPa。

3.4锚固深度复核

取岩层产状核算系数K1=0.5,取岩石裂隙及

风化的折减系数C=0.3,岩石单轴抗压强度R=σcw=30MPa。79第1期李长冬等:滑坡稳定性评价及治理工程设计软件SlopeDesigner

边坡稳定性分析

摘要 ..................................................... IV

Abstract .................................................. V

第一章概况 ............................................... 1

1.1贵阳龙洞堡见龙路住宅小区工程概况 ........................... 1

1.2 边坡概况 ................................................... 1

1.2.1 边坡地段地物环境 .................................................................................................................... 1

1.2.2 边坡形态及岩土构成 ............................................................................................................... 1

1.2.3 边坡安全等级及勘察等级 ...................................................................................................... 2

第二章水文地质条件及工程地质条件.......................... 3

2.1工程地质条件 ............................................... 3

滑坡防治工程现场勘察的主要内容与技术要求

一、概述

滑坡是地质灾害中常见的一种，对人民生命财产造成了严重威胁。为了减轻滑坡带来的影响，需要进行滑坡防治工程现场勘察。本文将介绍滑坡防治工程现场勘察的主要内容与技术要求。

二、主要内容

滑坡防治工程现场勘察的主要内容包括但不限于以下几个方面：

1.滑坡调查

滑坡调查是滑坡防治工程现场勘察的第一步。调查人员应到达滑坡现场，全面了解滑坡的地理位置、滑体形态、滑体特性等基本信息。对于已发生的历史滑坡，要详细了解滑坡活动的历史背景和演化过程。还需要进行地质和地貌调查，以获得滑坡形成的主要原因和环境因素。

2.滑坡稳定性评价

滑坡稳定性评价是滑坡防治工程的核心内容之一。通过现场勘察和实验室试验，评估滑坡体的稳定状态。需要掌握滑坡体的岩土力学参数、水文地质条件、地震动力学等关键信息。采用现代工程地质和数值模拟方法，对滑坡体的稳定性进行定量分析。

3.滑坡规模测量滑坡规模测量是判断滑坡灾害严重程度的重要指标之一。通过测量滑坡的长度、宽度、高度、深度等参数，确定滑坡的规模。此外，还需要测量滑坡前后的地面沉降、隆升等变形情况，以评估滑坡对周边地区的影响程度。

4.滑坡治理设计

滑坡治理设计是滑坡防治工程现场勘察的最终目标。根据滑坡的特性和稳定性评价结果，确定最适宜的治理措施。常见的滑坡治理措施包括土工合成材料加固、排水系统建设、坡面植被恢复以及边坡加固等。治理设计还需要考虑工程的可行性、经济性和环境影响。

三、技术要求

滑坡防治工程现场勘察的技术要求如下：

1.专业人员

滑坡防治工程现场勘察需要由具有丰富经验和专业知识的工程地质、地质灾害和土木工程等相关专业人员组成的团队完成。他们应具备深入实地调查并分析滑坡问题的能力。

2.综合技术手段

滑坡防治工程现场勘察需要综合应用各种技术手段，包括但不限于现场勘测、遥感监测、地质雷达、地下水位监测等。这些技术手段能够提供滑坡稳定性评价所需的数据和信息。

公路工程岩质边坡稳定性分析方法探讨

摘要：本文通过对不平衡推力法和Sarma法这两种岩质边坡稳定性计算方法的对比，分析了二者的优劣。不平衡推力法是现行《公路路基设计规范》推荐的折线形滑面稳定性分析方法，该法的优点概念清晰，计算简便，使用方便，但计算结果偏于不安全。Sarma法提出对滑体进行斜条分的极限平衡条分法，并假定条块倾斜界面之间也达到了极限平衡，是一个分析岩质边坡稳定较合理的方法。对现有可采用Sarma法分析边坡稳定性的软件进行了研究，并对一处道路岩质边坡进行了稳定性分析，计算方便，结果符合实际。

关键词：公路岩质边坡；稳定性分析；Sarma法

1岩质边坡稳定性分析方法概述

岩质边坡与土质边坡相比，有很多重要的不同之处。在现有的边坡稳定性分析理论中，土质边坡常常被看做连续、均质、各向同性的材料，其滑动面一般假定为圆弧状。岩质边坡由于坡体内存在许多不规则的结构面，因此，岩体是非连续、非均质、各向异性的介质，其破坏模式较为复杂。岩质边坡的稳定性很大程度取决于岩体内的节理面和层理面等结构面的性质。目前边坡稳定性分析与评价的方法多样，总体可分为定性分析和定量分析两类。定性分析法主要是通过专业人员现场勘察，研究影响边坡安全的主要因素、已变形体的成因及演化史，分析可能的失稳模式，并最终给出定性的结论和预测，如：工程地质类比法、赤平投影法等。定量分析法能够更加准确地评价边坡的稳定状态。目前，工程上常用的有刚体极限平衡法和数值模拟法，其中尤以刚体极限平衡法在工程中应用较为广泛。

折线形滑动破坏是岩质边坡常见的破坏形式，目前工程上常用的刚体极限平衡法主要有不平衡推力法和Sarma法两种。目前，现行《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）对折线形破坏的边坡推荐的稳定性分析方法为不平衡推力法。

2 不平衡推力法和Sarma法比较

不平衡推力法亦称传递系数法或剩余推力法，它是我国工程技术人员创造的一种实用滑坡稳定分析方法。由于该法计算简单，并且能够为滑坡治理提供设计推力，因此在各部门得到了广泛应用。现行现行《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）采用的是不平衡推力法的隐式解，其计算公式如下。

某露天矿边坡稳定性评价及治理设计

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　ＣＮ　４３—１３４７／ＴＤ　采矿技术第８卷第６期　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎ０ｌ０ｇｙ，Ｖ０１．８，Ｎｏ．６　２００８年ｌ１月　Ｎｏｖ．２００８　

某露天矿边坡稳定性评价及治理设计　

赵望达，袁湘民，金永健　

（中南大学防灾科学与安全技术研究所，　湖南长沙４１００７５）　

摘要：对某露天矿边坡滑坡原因进行了分析，并利用条件危险性分析方法对该露天矿边　

坡滑坡的危险性作了评价。该边坡的加固设计采用注浆插筋梳状土钉、坡面排水网络体　

系的综合支护方案，经过ｌ　ａ的检验，从表观及深层监测结果看，边坡处于整体稳定状态，　

证明此治理方案是正确可行的，达到了预期的目的。　

关键词：露天矿；滑坡；危险性分析；综合治理；监测　

ｌ　概　况　发一系列的衍生灾害。　

某露天矿采区年产矿石１０万ｔ，采剥比为１：１２，　

采掘区日平均作业工人人数为５Ｏ人，水泵９台，１．５　

ｍ　的挖掘机２台。滑坡位于露采区采矿作业面的　

东北侧边坡，同时矿区的运输要道处于滑坡地区。　

据实地观察，滑坡处于天然稳定状态，但坡顶已　

滑动且破坏，局部边坡已发生徐变　边坡呈多层相　

对滑移形式，且结构空隙较大，水极易渗透到坡体　

内。由于含水量较大和水压较高，在渗透压力的作　

用下，细料被裹块，已使边坡出现大的倾向变形。若　

不采取有效的措施加固，就可能出现更大的滑塌事　

故，危及矿区安全。本文采用作业条件危险性分析　

方法，判定该边坡发生滑坡的可能性，可能造成的经　

济损失和劳动力损失，在此基础上提出整改措施。　

２边坡滑坡分析　

２．１边坡滑坡原因分析　

该边坡的砂砾石、粘土都是散粒体，卵砾在其中　

起骨架作用，在水的作用及承受荷载过程中，由于压　

密、压裂和相互移动，引起孔隙体积和粒度成分的改　

变，它的变形可作用于刚性的岩体和塑性土类。在　

地下水及地表水的冲蚀和砂砾土在重力荷载状况　

下，剪切变形多发生在沿骨架间的软弱面。　

２．２影响范围及程度　

滑坡位于该露采区采矿作业面的东北侧边坡，　

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边坡稳定性分析

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