劉金孟 李 晰

（1.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北 武漢430074；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明650041）

在自然地質(zhì)環(huán)境中，巖土體表現(xiàn)出非均質(zhì)、非連續(xù)和各向異性特點(diǎn)，其力學(xué)響應(yīng)是動(dòng)態(tài)而復(fù)雜的。滑坡是常見地質(zhì)災(zāi)害，在巖土領(lǐng)域滑體穩(wěn)定系數(shù)多是通過極限平衡分析法來求解，但這不能解決滑坡的應(yīng)力-應(yīng)變問題[1]。而數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)勢在于材料破壞機(jī)理的分析與預(yù)測[2]，因而采用數(shù)值方法來解決巖土工程問題是必要的。在抗滑工程前需要準(zhǔn)確判定滑坡受力與變形情況，為防治設(shè)計(jì)提供可視的、定量的參考。本文利用數(shù)值方法對某高邊坡滑坡進(jìn)行模擬評價(jià)，對其變形破壞作出有規(guī)律的認(rèn)識(shí)，以期對滑坡體的處理設(shè)計(jì)與施工提供有益參考。

1 滑坡概況

災(zāi)害點(diǎn)位于滇東北地區(qū)大關(guān)縣甘海村云臺(tái)山左岸斜坡地帶，屬關(guān)河構(gòu)造侵蝕溶蝕峽谷地貌。在水麻高速公路滴水巖特大橋（K127＋550～K128＋300）段西側(cè)陡崖上部，河流切割強(qiáng)烈，兩側(cè)山體切割成峽谷，地形起伏大，地形坡度中下部大于60°，局部呈懸崖狀。該區(qū)位于壽山煤礦礦區(qū)范圍，周邊交通較為便利。自2007年來該段發(fā)生多次小規(guī)?；旱V暫停開采。

勘察區(qū)域（見圖1）位于關(guān)河西側(cè)，構(gòu)造較簡單，地層走向195°~220°，傾角8°~15°?；w橫寬約750m，縱長50~100m，均厚18.0m，方量約1.08×106m3。斜坡地帶表層分布耕填土和第四系坡積堆積體（含礫黏土），厚度較大?；瑤樘抠|(zhì)黏土，有較大易滑性。坡腳陡崖可見基巖出露，為中風(fēng)化二疊系石灰?guī)r。

圖1 地形地貌

2 有限差分模型

2.1 基本條件

（1）通過剩余下滑力計(jì)算選擇最危險(xiǎn)的2-2’剖面，并在AutoCAD中合理概化，以滑帶為主控要素建立模型?；w為含礫黏土（不考慮其抗拉強(qiáng)度），滑帶為炭質(zhì)黏土，滑床為含炭質(zhì)石灰?guī)r。

（2）重點(diǎn)分析滑坡在重力下的變形破壞模式。實(shí)體單元建模，巖土體本構(gòu)模型采用Mohr-Coulomb塑性模型。使用FLAC3D內(nèi)置的關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則[3]求解滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

2.2 模型建立

把概化剖面導(dǎo)入SketchUp繪制三維模型，分塊獲取所有坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)。邊界范圍按文獻(xiàn)[4]的建議設(shè)置。在FLAC3D中選擇六面體網(wǎng)格和楔形網(wǎng)格進(jìn)行離散化，結(jié)合坐標(biāo)數(shù)據(jù)編制成建模命令流并分組為mass（滑體）和rock（滑床），用attach face檢查網(wǎng)格連接是否正確?；瑤гO(shè)置接觸面模擬，采用切割模型法建立。建模過程如圖2所示。

圖2 建模過程及網(wǎng)格劃分

模型底部施加三向約束，左右兩側(cè)y向約束，后側(cè)x向約束。由于陡崖前端臨空，x向前側(cè)和山頂面均為自由面。

2.3 結(jié)合勘察報(bào)告和室內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，工程類比綜合確定計(jì)算模型參數(shù)，見表1。

表1 物理力學(xué)參數(shù)表

3 結(jié)果分析

3.1 應(yīng)力特征

由圖3可知，最小主應(yīng)力值范圍為-1.76MPa~0.023 MPa，隨深度的增加而變大。在滑面可明顯看出應(yīng)力不連續(xù)現(xiàn)象，在滑面起伏轉(zhuǎn)折處出現(xiàn)應(yīng)力集中。符合滑面受力形式，也說明炭質(zhì)黏土層作為滑動(dòng)面的正確性。

經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算得到滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.09，而按照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0129-2006）計(jì)算天然工況的穩(wěn)定性系數(shù)為1.12。說明滑坡模型符合實(shí)際，且滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 最小主應(yīng)力云圖

3.2 變形特征

通過設(shè)置放大系數(shù)得到變形后的x向位移云圖。從圖4中可見位移值很大（供參考），上部黏土沿滑面x向水平整體剪出?；w前端剪出速度最大，滑體中后部有明顯分帶現(xiàn)象。符合在自重應(yīng)力下滑坡整體受剪、后緣受拉的滑動(dòng)機(jī)理。

圖4 xdis位移云圖

在該區(qū)域布置了3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和17個(gè)變形監(jiān)測點(diǎn)，從6月初開始每十日一測至今，坡體前端的水平位移累計(jì)達(dá)130mm（J9），其它部位次之，而坡體中上部的地面沉降位移最大達(dá)42.5mm（J10）。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，與模型結(jié)果有較好相對性。

3.3 成因分析

根據(jù)實(shí)地踏勘調(diào)查結(jié)合揭露地層結(jié)構(gòu)和室內(nèi)試驗(yàn)綜合分析，影響該斜坡區(qū)產(chǎn)生滑坡的因素主要有：陡峻的地形地貌、巖土體結(jié)構(gòu)、降雨、地震及人類工程活動(dòng)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)地踏勘和前期的調(diào)查報(bào)告、勘察方案，以及斜坡上部出現(xiàn)地面裂縫和其它開裂變形等跡象，判定該滑坡為大型中層推移+牽引式松散堆積體滑坡。土巖界面形成的軟弱帶易造成坡體失穩(wěn)，此滑動(dòng)機(jī)制與前述分析結(jié)果具有較好一致性。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)現(xiàn)場踏勘與勘察資料選取剖面概化，通過SketchUp和FLAC3D建立三維實(shí)體模型，計(jì)算得到滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)、應(yīng)力分布與變形規(guī)律。結(jié)果表明模型與實(shí)際情況有相一致，具較高可靠性。

（2）云臺(tái)山滑坡災(zāi)害主要為自然環(huán)境與人類工程活動(dòng)共同引發(fā)，在降雨情況下更易失穩(wěn)?；w前側(cè)是河流與交通要道，一旦滑動(dòng)也威脅到沿線群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)引起足夠重視。建議盡快進(jìn)行抗滑工程設(shè)置以消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。

［1］許容,張發(fā)明,張加家,等.FLAC3D在某古滑坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,30(4):66~69.

［2］陳育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實(shí)例[M].北京:中國水利水電出版社,2013.

［3］歐湘萍,白楷,朱云升,等.基于FLAC3D的強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定性分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(9):31-32.

［4］張魯渝,鄭穎人,趙尚毅,時(shí)衛(wèi)民.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法計(jì)算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的精度研究[J].水利學(xué)報(bào),2003,34(1):0021~0027.