物理力学参数分析与选择的研究成果

对于大型堆积体，其参数取值的准确性，对计算评价具有非常重要的影响。堆积体稳定分析的一个重要方面就是确定合适的物理力学参数，参数选择直接关系到计算结果的合理性。西南山区广泛发育和分布的第四纪大型复杂松散堆积体，这是一套介于土、岩之间的过渡类型的地质体或称为土石混合体，是一种物理、力学性质非常复杂的不连续介质。与第四系全新统松散堆积体相比，山区河谷大型堆积体由于形成时代较久远，形成演化过程较复杂，其结构特征、物质组成等诸多工程性质与其他松散堆积体存在较明显的差别，使得其物理力学特性往往与其他松散堆积体存在较大差别。下面结合多个大型堆积体试验研究成果，对堆积体物理力学特性及强度特征进行分析，并提出堆积体物理力学参数选择的建议。

5.3.4.1　分析方法

堆积体物理力学参数分析与选择，对堆积体的稳定性分析与评价及工程处理措施的设计显得等尤为重要，目前常用的分析方法包括工程类比法、经验取值法、试验确定法、反演分析法、敏感性分析法及综合分析法等。下面以金沙江梨园水电站念生垦堆积体物理力学参数分析与选择为例加以说明。

1.工程类比法

根据地勘分析，念生垦堆积体以前曾有多次滑动，施工前处于极限平衡状态，可通过坡面倾角类比其他工程确定滑体参数。日本学者从滑体土抗剪强度与滑坡斜面坡角(滑坡前缘剪出口与后缘顶部连线的坡角)的相关性方面进行了统计分析，得出由粗细颗粒混合组成的崩、坡积体滑带土抗剪强度参数与滑坡斜面坡角具有明显的相关性，其统计分析成果见表5.4。

2.经验取值法

吴香根通过对云南12个工程滑坡滑带参数的比较总结，得出滑带土摩擦角与倾角经验公式：φ=0.8550β+0.4786。念生垦堆积体滑带土倾角平均在10°～15°之间，代入公式算得综合内摩擦角φ为9.0°～13.3°之间。

表5.4　粗细颗粒混合组成的崩坡积体滑面抗剪强度参数

3.试验确定法

念生垦沟堆积体发生变形后，分别在剪切带黏土较集中部位及堆积体残积层土体中取样进行了饱和固结快剪试验，成果见表5.5。

表5.5　堆积体物理力学试验成果

试验结果反映出堆积体力学强度若视为滑面物质则普遍较高，剪切带内摩擦角最小值13.5°，最大值达25.0°，黏聚力介于31.3～63.3k Pa之间。

前缘明渠剪出口取样试验分析结果显示：残积土砂粒(大于0.075mm)含量较高，占90%以上。饱和情况下，残积土峰值黏聚力仅37～62kPa，内摩擦角27.3°～30.6°；残余黏聚力9～28k Pa，内摩擦角25.3°～29.7°。

4.反演分析法(www.xing528.com)

对于边坡(或滑坡)的稳定度及参数反演，现行《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353—2006)指出：对土质边坡，“可根据边坡的临界稳定状态反算推求滑面的综合抗剪强度参数，一般来说，变形边坡抗滑稳定安全系数取1.05～1，失稳边坡抗滑稳定安全系数取0.95～0.99。”王恭先等在所著《滑坡防治100例》一书中指出：对于古滑坡，可根据滑坡当前所处的发育阶段选取合适的稳定安全系数，用现有地形断面反算滑面力学参数，“如滑坡处于蠕动挤压阶段，取稳定度为1.01～1.05，正在等速滑动时稳定度为1.0，加速滑动时稳定度取0.95～0.99。”

念生垦堆积体已发生滑动，根据现场调查，堆积体分为强烈变形区和牵引变形区，不同程度变形区的抗滑稳定安全系数取不同值，结合土工试验成果，反算推求滑面的综合抗剪强度参数。反演计算成果见表5.6。

表5.6　堆积体物理力学参数反演值

5.敏感性分析法

通过敏感性分析(图5.27)，了解堆积体稳定性对残积层力学参数及地下水位的敏感性。黏聚力c变幅为2kPa，内摩擦角变幅为2.5°。成果表明：①残积层的摩擦角对堆积体稳定性影响明显，上下浮动2.5°的条件下，堆积体安全系数变化范围为0.90～1.27，合理给定该值是确定堆积体稳定性系数的关键；②对地下水位的敏感性进行了分析，水位上下浮动5m，堆积体安全系数变化范围为1.167～1.009，地下水位对堆积体稳定性影响明显。水位抬升，安全系数降低，水位下降，安全系数增大。

图5.27　残积层力学参数及地下水位敏感性分析

5.3.4.2　堆积体力学参数选择

与第四系全新统松散堆积体相比，山区河谷大型堆积体由于形成时代较久远，形成演化过程较复杂，其结构特征、物质组成及物理力学特性往往与其他松散堆积体存在较大差别。堆积体构成的边坡属特殊类型的边坡，其力学参数一般即可通过对堆积体的物质组成、结构特征、地质环境、应力分布以及堆积体变形破坏机制的分析研究，并通过试验(包括室内及野外现场)、工程类比等手段综合确定，也可从堆积体现状稳定情况及已有的变形、破坏迹象反演堆积体力学参数。一般采用综合比较分析法确定参数。如梨园水电站念生垦堆积体：根据边坡坡形及地下水位变化情况，通过工程类比研究、地质试验、参数反演及敏感性分析，对念生垦堆积体岩土体力学参数进行综合分析：

(1)根据日本学者从滑体土抗剪强度与滑坡斜面坡角的相关性统计分析，念生垦堆积体强度参数黏聚力c值为5.8～3.4k Pa，内摩擦角φ值为14.8°。

(2)根据吴香根提出的坡度-强度经验公式预测滑带土参数为9°～13.3°。

(3)根据试验成果：c值为9～28kPa，内摩擦角φ值为13.5°～25°。

(4)采用反演方法，认为边坡目前稳定性系数为0.95～1.00，固定c值为8k Pa，反算内摩擦角φ值为12.3°～13.0°。

(5)综合分析提出建议值：堆积体黏聚力取值范围为10～20k Pa，摩擦角取值为15°～25°；残积层黏聚力取值为5～15k Pa，摩擦角取值为10°～20°。