王 凱 龔寶釤 段雨彤

（重慶科技學(xué)院，重慶404100）

1 概述

目前滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確度、量化程度低，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估多憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)進(jìn)行損失計(jì)算，評(píng)估結(jié)果往往帶有較強(qiáng)的主觀性，實(shí)際工程中滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確度和量化程度亟待提升。

本文從滑坡致災(zāi)強(qiáng)度和受災(zāi)體抗災(zāi)性能這兩個(gè)決定性因素入手，分別通過離散元模擬及有限元分析兩種手段開展研究。滑坡物質(zhì)組成參照真實(shí)坡體建模，相較于傳統(tǒng)方法，可提升滑坡運(yùn)動(dòng)過程模擬的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升滑坡致災(zāi)強(qiáng)度指標(biāo)的準(zhǔn)確性，一定程度上彌補(bǔ)了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確度和量化程度不足的現(xiàn)狀。

2 車家壩滑坡概況（圖1 ）

圖1 車家壩滑坡全貌

車家壩2號(hào)滑坡位于奉節(jié)縣公平鎮(zhèn)車家壩場鎮(zhèn)南側(cè)，渝巴公路從其上經(jīng)過?；缕矫嫘螒B(tài)呈形態(tài)不太規(guī)則的舌形狀，縱向長約195m，前緣橫向?qū)捈s220米，后部橫向?qū)捈s60余米，面積約27200m2，體積約442000m3。滑坡后緣高程443m左右，前緣高程約350m左右，前后緣高差約95m，縱向平均坡角26°?？v向上滑面形態(tài)呈弧形，滑面傾角從后緣到前緣逐漸變緩，主滑方向338°23?；逻吔巛^清晰滑坡邊界清晰可見。歷史上該滑坡多次活動(dòng)，最近一次大規(guī)?；瑒?dòng)為1993年。據(jù)調(diào)查顯示，車家壩滑坡滑體一旦失穩(wěn)下滑，將直接沖擊滑坡前緣下方的公路、大橋及房屋建筑，甚至堵塞河流，威脅當(dāng)?shù)鼐用窈蛦挝坏陌踩?/p>

滑體土主要由塊碎石土和粉質(zhì)粘土組成，以塊碎石土為主，結(jié)構(gòu)松散。塊碎石常見塊徑為30-100cm，細(xì)粒土為粉質(zhì)粘土，紫紅色，呈硬塑-可塑狀態(tài)?；w土的結(jié)構(gòu)不均勻，土石比在空間上的變化較大，但從地域上看無明顯的變化規(guī)律，一般含量為15-30%。在垂向上，碎塊石含量的變化也較大，但滑體中碎塊石的含量一般也無明顯的垂向變化規(guī)律。勘查過程中，多個(gè)鉆孔及山地工程都不同程度地揭露了軟弱滑移帶，其主要成分為含角礫小碎石的粉質(zhì)粘土，物質(zhì)成分較其上下明顯更為細(xì)膩，粉質(zhì)粘土呈紫紅色，相對(duì)較濕，可塑狀，粘性普遍較高，常常有滑膩感。滑移帶的厚度有明顯的差別，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)，測得滑體土、滑移帶土粘聚力分別為23.81 Kpa、8.7 Kpa，內(nèi)摩擦角分別為18.6 °、10.2 °。

3 模型建立

3.1 巖土體細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定。巖土體細(xì)觀參數(shù)的確定是進(jìn)行pfc滑坡模擬試驗(yàn)的前提與關(guān)鍵，實(shí)際試驗(yàn)與工程中常用的力學(xué)性能參數(shù)為宏觀參數(shù)（如楊氏模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角等），而pfc模擬試驗(yàn)需要顆粒的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)（如顆粒線性接觸剛度、平行粘結(jié)接觸剛度、粘接強(qiáng)度等），它決定了模擬時(shí)材料所體現(xiàn)的宏觀力學(xué)性能。但各宏、細(xì)觀力學(xué)參數(shù)之間并無確切的聯(lián)系，因此細(xì)觀力學(xué)參數(shù)并不能通過已知的宏觀力學(xué)參數(shù)直接計(jì)算得到，需要在已知巖土體宏觀力學(xué)參數(shù)的條件下開展pfc模擬雙軸試驗(yàn)不斷調(diào)試細(xì)觀參數(shù)，直至能夠體現(xiàn)材料實(shí)際宏觀參數(shù)后方可用于后續(xù)模擬。本文所使用的模擬雙軸試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示。

細(xì)觀參數(shù)得標(biāo)定過程主要有以下步驟：（1）建立雙軸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?）確定初始細(xì)觀參數(shù)并在不同圍壓下加載，計(jì)算其宏觀粘聚力、摩擦角。（3）對(duì)比實(shí)際試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)調(diào)整細(xì)觀參數(shù)，直至與實(shí)際相符。

以滑體土的參數(shù)標(biāo)定為例，其100Kpa圍壓下全應(yīng)力-應(yīng)變圖如圖3所示。最終確定用于模擬滑體土、滑移帶土材料的粘聚力和內(nèi)摩擦角值分別為23.1 KN/m、18.1 KN/m，19.2 °、13.7 °。

3.2 滑坡模型建立。本文基于PFC5.0 軟件進(jìn)行滑坡建模及運(yùn)動(dòng)模擬，選用平行粘結(jié)模型進(jìn)行模擬土顆粒接觸行為，其余接觸類型設(shè)置為線行接觸。參照實(shí)際巖土組成成分，按照一定級(jí)配及土石比例生成顆粒簇以模擬土中的塊、碎石?；w、滑帶部分分別設(shè)置對(duì)應(yīng)其實(shí)際抗剪強(qiáng)度的細(xì)觀參數(shù)，整體模型如圖2所示。

為了更好地模擬滑坡沖擊受災(zāi)體的致災(zāi)過程，本文采用的方法是通過wall模擬受災(zāi)體外輪廓并記錄受到的沖擊力大小，wall內(nèi)部生成顆粒堆積體，并參照混凝土賦予其強(qiáng)度參數(shù)。若受災(zāi)體受到的沖擊力低于其極限承載力，則根據(jù)沖擊力大小定量計(jì)算受災(zāi)體的破壞程度及損失大??；若高于其極限承載力，則認(rèn)為該受災(zāi)體被完全破壞，并刪除外部wall，使滑體推動(dòng)wall內(nèi)部顆粒堆積體繼續(xù)滑動(dòng)，模擬受災(zāi)體倒塌后的滑動(dòng)過程?；履Ｐ腿鐖D4所示。

圖4 滑坡模型

3.3 受災(zāi)體抗災(zāi)性能計(jì)算。進(jìn)行受災(zāi)體抗災(zāi)性能計(jì)算的關(guān)鍵在于找到能夠反映受災(zāi)體整體破壞程度的指標(biāo)，本文以易損性V作為受災(zāi)體的抗災(zāi)性能指標(biāo)。受災(zāi)體損失定量計(jì)算公式為：

式中：L為受災(zāi)體損失值，W為受災(zāi)體總價(jià)值。

受災(zāi)體極限承載力的計(jì)算通過SAP2000軟件進(jìn)行有限元分析進(jìn)行，建立的受災(zāi)體框架模型如圖5所示，圖中綠點(diǎn)為單個(gè)塑性，是三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，層高3.5 m，長、寬分別為10m、6m。板材為0.25 m混凝土板，筋材為Q235，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，柱截面尺寸為600mm×600mm，梁截面尺寸為457mm×457mm。計(jì)算得出極限承載力約為6.95 ×105N。

圖5 受災(zāi)體模型

4 滑坡沖擊致災(zāi)過程模擬

建模完成并整體達(dá)到初始平衡后，開始模擬滑體在重力作用下的滑坡沖擊致災(zāi)過程。受災(zāi)體1很快受滑坡沖擊損毀，之后滑坡繼續(xù)推動(dòng)受災(zāi)體1向前運(yùn)動(dòng)直至與受災(zāi)體2接觸，過程如圖6所示。

圖6 滑坡沖擊致災(zāi)過程

如圖7所示，最終受災(zāi)體2受到的最大側(cè)向推力約為4.7 ×105N，低于其極限承載力6.95 ×105N，因此受災(zāi)體2并未因完全破壞而倒塌。

圖7 受災(zāi)體2所受側(cè)向沖擊力變化圖

進(jìn)行受災(zāi)體易損性計(jì)算時(shí)，如圖8所示，陰影部分即為受災(zāi)體2受到的滑坡沖擊能I，綠色曲線包含的面積為受災(zāi)體最大抗沖擊能Qmax，通過CAD的積查詢功能可以得到I與Qmax的比值為0.049 ，即為受災(zāi)體2在該滑坡沖擊下的易損性。若受災(zāi)體2價(jià)值20.0 萬元，則根據(jù)式（1）可得本次滑坡對(duì)其造成的損失為0.98 萬元。

圖8 受災(zāi)體承載力曲線圖

5 結(jié)論

通過滑坡沖擊致災(zāi)滑坡過程模擬分析可知，該滑坡表現(xiàn)為典型牽引式漸進(jìn)破壞，滑坡的發(fā)生自坡腳而始，并逐步牽引上部滑動(dòng)。初期以蠕滑為主，軟弱滑移帶在上部滑體作用逐漸變形、破壞導(dǎo)致強(qiáng)度下降，進(jìn)而使整體沿滑移帶加速滑動(dòng)后沖擊坡底受災(zāi)體。當(dāng)滑坡沖擊力到達(dá)受災(zāi)體極限承載力時(shí)認(rèn)定其被完全破壞，并繼續(xù)模擬滑坡推動(dòng)受災(zāi)體倒塌主體沖擊下一受災(zāi)體，定量計(jì)算各受災(zāi)體的易損性及損失大小，提升了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，具有一定的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。