趙寶云，陳志平，董倩，王思長

0 引言

重慶作為山地城市，地形高差起伏，地層以一套陸域河湖相碎屑沉積巖，巖性以泥巖和砂巖的不等厚互層為主，構(gòu)造條件簡單，主城區(qū)范圍內(nèi)的構(gòu)造斷層少見，巖層均是單斜出現(xiàn)，受干線公路的建設(shè)切割影響，形成了與巖層傾向一致的順向巖質(zhì)滑坡[1]。受到切割影響的滑坡體較軟弱的結(jié)構(gòu)面的臨空，導(dǎo)致滑坡巖體沿結(jié)構(gòu)面的整體滑移和失穩(wěn)，給重慶市干線公路的運營帶來了巨大的經(jīng)濟損失。大量工程實踐表明，此類滑坡并不是在形成之初就發(fā)生滑移，而是具有明顯的時效特征。因此，開展此類滑坡軟弱結(jié)構(gòu)面的流變特性研究具有極其重要的工程意義和理論價值。

近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者[2-5]針對結(jié)構(gòu)面巖體的流變力學(xué)特性進行了大量的試驗和理論分析，并提出了各種模擬節(jié)理剪切蠕變特性和長期強度特征的本構(gòu)模型。然而，上述研究多集中在室內(nèi)試驗或理論研究方面，對具體工程問題還有待進一步研究。為此，本文在已有研究的基礎(chǔ)上，采用非線性粘彈塑性流變模型對重慶市某干線公路典型順層滑坡進行了數(shù)值模擬研究，深入分析了結(jié)構(gòu)面流變作用下滑坡體位移、應(yīng)力以及安全系數(shù)等的變化，旨在揭示此類滑坡的結(jié)構(gòu)面蠕變垮塌機理。

1 流變模型及數(shù)值計算模型

1.1 非線性粘彈塑性流變模型

考慮到結(jié)構(gòu)面受降雨、風(fēng)化等因素的弱化，本文將粘性元件進行了折減，并與塑性元件并聯(lián)組成非線性粘塑性模型，將該非線性粘塑性模型與三元件廣義Kelvin流變模型串聯(lián)，組成如圖1所示巖石非線性粘彈塑性流變模型[6]。該模型也可以看作是修正西原模型的一種。

圖1 非線性粘彈塑性流變模型

模型蠕變方程為：

1.2 數(shù)值計算模型

本次順層滑坡模擬，根據(jù)現(xiàn)場實際的地質(zhì)地形條件取典型剖面進行，模型底部取50m，模型右端高取70m。數(shù)值計算時模型右邊界的水平方向約束，前后邊界法向約束和下邊界豎向約束，其余邊界為自由邊界。計算模型網(wǎng)格劃分如圖2所示。

圖2 數(shù)值計算模型

1.3 本構(gòu)模型及參數(shù)選取

計算過程中，軟弱結(jié)構(gòu)面選取上述非線性粘彈塑性流變模型，基巖及滑體均選取Mohr-Coulomb本構(gòu)模型。其中，非線性粘彈塑性流變模型通過VC++6.0編譯成FLAC3D可識別的后綴名為dll的動態(tài)鏈接庫文件[7]。巖體參數(shù)見表1、表2所示。

表1 軟弱結(jié)構(gòu)面非線性流變模型參數(shù)

表2 基巖及滑體力學(xué)參數(shù)

2 滑坡非線性粘彈塑性流變特性分析

圖3 滑坡位移等值線圖

圖4 滑坡最大主應(yīng)力等值線圖

為進一步分析結(jié)構(gòu)面流變機理，本文在圖2中1、2、3位置布置了3個位移監(jiān)測點，分別為JC1、JC2以及JC3。 圖3為滑坡體位移等值線圖，可以看出位移主要集中在滑體以及結(jié)構(gòu)面部位，其中，滑體頂點位置位移量最大，達到了9.968cm，說明滑體已經(jīng)滑落。

圖4為滑坡體最大主應(yīng)力等值線圖，可以看出沿著結(jié)構(gòu)面在其上部出現(xiàn)了明顯的拉應(yīng)力區(qū)，且拉應(yīng)力最大值達到了4.8019N。

圖5為各監(jiān)測點位移時間關(guān)系曲線，可以看出經(jīng)過滑移體2.3年緩慢蠕滑后進入加速變形階段，僅7天左右滑移體破壞，與某順層滑坡實際建成后垮塌時間大致相同。且監(jiān)測曲線反映了滑移體衰減蠕變、等速蠕變及加速蠕變?nèi)齻€流變階段。說明非線性粘彈塑性流變明顯可很好地反映此類滑坡的破壞過程。圖6為軟弱結(jié)構(gòu)面剪切應(yīng)變等值線圖，可以看出結(jié)構(gòu)面已經(jīng)貫通，此時的穩(wěn)定系數(shù)僅為0.65。

圖5 監(jiān)測點位移監(jiān)測曲線

3 結(jié)論

本文采用非線性粘彈塑性流變模型對重慶市某干線公路典型順層滑坡進行了數(shù)值模擬分析，得到了該滑坡位移、應(yīng)力分布規(guī)律，從而得到了該滑坡結(jié)構(gòu)面滑移破壞規(guī)律。結(jié)果表明，非線性粘彈塑性流變模型可很好地應(yīng)用于順層滑坡的穩(wěn)定性研究中。

圖6 軟弱結(jié)構(gòu)面剪切應(yīng)變等值線圖

[1]李成敏，周慶人.從工程實例分析談順層巖質(zhì)邊坡的勘察與參數(shù)選取[J].城市勘測，2010(2)：172-175.

[2]徐衛(wèi)亞，楊圣奇.節(jié)理巖石剪切流變特性試驗與模型研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(s2)：5536-5542.

[3]閆子艦,夏才初,王曉東,等.巖石節(jié)理流變力學(xué)特性及其本構(gòu)模型[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，37(5)：601-606.

[4]良宵，楊林德.考慮節(jié)理面法向蠕變的節(jié)理巖體蠕變模型[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，40(3)：814-821.

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[6]趙寶云,劉東燕,鄭志明,等.基于短時三軸蠕變試驗巖石非線性黏彈塑性蠕變模型研究 [J].采礦與安全工程學(xué)報,2011,28(3):446-451.

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