周 桃，應智超

（貴州有色地質(zhì)工程勘察公司，貴州貴陽550002）

斜坡變形破壞是貴州地區(qū)頻發(fā)的地質(zhì)災害，長期以來制約著貴州省經(jīng)濟的發(fā)展，威脅著人民的生命財產(chǎn)安全和工程建設(shè)活動[1]。對于堆積體斜坡，明確其演化規(guī)律和變形破壞機理對防災減災和預測預報評估具有重要的意義。鄧華鋒等人認為對于某個具體斜坡堆積體的成因而言，大多表現(xiàn)為多期次、多種作用的復合特征[2-4]。目前，已有許多學者使用數(shù)值模擬軟件做過相關(guān)研究，并結(jié)合工程地質(zhì)條件分析，對滑坡的變形破壞機制進行了深入探討[5-6]。本文在概化斜坡工程地質(zhì)條件、綜合分析巖土體結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，采用連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日分析方法(FLAC3D)，通過三維數(shù)值方法，模擬了斜坡在施工開挖后的應力場和變形場，并分析施工后降雨過程中的應力場、變形場的演變過程，進而通過彈塑性破壞準則，對斜坡的穩(wěn)定性進行分析和評價。

1 工程概況

貴陽茶山溝斜坡位于貴陽市南明區(qū)紅巖地塊，北側(cè)緊鄰南明河。場地屬構(gòu)造剝蝕低中山河谷地貌?？傮w呈南高、北低的地形，中部相對寬緩，最大高差208.66m。區(qū)內(nèi)出露的松散覆蓋層主要為第四系殘坡積地層（Q4el+dl）、老滑坡堆積層（Q4el）?；鶐r地層主要包括：泥盆系蟒山群（DMs）、志留系高寨田群（SGz）。高寨田群可分為上亞群和下亞群6段，進一步細分為10組巖性地層。場區(qū)地下水按賦存狀態(tài)分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型。

2 模型的建立

模型南北方向長925m，東西方向長2100m，Z軸豎直向上自高程810m到1235m，共劃分639321個單元和131154個節(jié)點。

該模型的力學邊界采用兩邊側(cè)面(南北方向)、前后緣側(cè)面(東西方向)水平約束，底面(Z方向)垂直方向約束，地表為自由面。場地斜坡為房屋修建地基，2018年曾進行場地平整開挖施工，根據(jù)上述原則建立如圖1所示的場地斜坡三維模型。

圖1 場地斜坡開挖后FLAC3D計算模型

在FLAC3D軟件模擬過程中，計算考慮了場地斜坡石英砂巖、泥灰?guī)r、頁巖、堆積體等巖土層，結(jié)合實際各分區(qū)地質(zhì)條件，模型巖土體物理力學參數(shù)取值見表1。

表1 斜坡巖體物理力學參數(shù)

3 場地未開挖前斜坡應力場分析

斜坡主應力矢量圖如圖2所示。天然條件下，斜坡內(nèi)應力量值總體上與埋深呈正比，分布較均勻，最大主應力局部由于巖性差異和地貌影響存在應力水平相對較低或較高的現(xiàn)象，無拉應力現(xiàn)象出現(xiàn)，堆積體區(qū)域由于容重低，孔隙多，應力值較低，最大主應力方向在斜坡內(nèi)部基本與重力方向一致，在臨近坡表部位調(diào)整為與坡面近于平行。

圖2 主應力矢量圖

最小主應力分布除受重力場影響外，受巖土體的界面和地貌影響較大，主要表現(xiàn)在場地斜坡下部近河谷巖體部位，目前無拉應力出現(xiàn)，并且在斜坡堆積體與正常巖體分界部位有較為明顯的集中，同時在斜坡坡腳也有明顯的集中，最小主應力的方向在坡體內(nèi)部一般為水平方向，而在臨近坡表調(diào)整為與坡面近垂直。

由場地斜坡未開挖前的主應力分布特征可見，最大主應力主要受重力場和巖土體分布不同影響，在斜坡中部及中上部巖土體存在著一定的拉應力，但拉應力量值較小。

4 場地斜坡開挖后變形特性分析

為分析場地斜坡在場地平整開挖過程的變形特征，本次計算在斜坡天然應力的條件下，對斜坡巖體在自重作用下的位移、位移速率以及塑性變形區(qū)進行了清零，在此基礎(chǔ)上進行開挖。由于開挖施工過程工序未知，且施工時間較短，模型中根據(jù)現(xiàn)在的地形采用一次性開挖完成。

場地斜坡開挖后，斜坡的變形過程位移矢量分布特征如圖3所示。斜坡變形主要發(fā)生在堆積體分布區(qū)域。從圖中可知，場地堆積體前部整體變形都較大，最大變形量約45cm，易發(fā)生滑動破壞。堆積體中部變形量已達到25cm，說明在坡度較陡部位易發(fā)生局部垮塌。而堆積體后部變形量相對較小，變形量在5~12cm之間，產(chǎn)生滑動或垮塌的可能性較小。

圖3 場地斜坡開挖后變形過程位移矢量分布特征

斜坡開挖后，斜坡堆積體前部主要變形方向為北東向或北東東向，而堆積體中后部變形方向主要為北向或北北東向（臨空面方向），其中堆積體后部偏西側(cè)有向北西或北西西方向變形的跡象。

由于場地西高東低，南高北低，在場地坡表開挖后，堆積體前部反壓重量減輕，在南西側(cè)堆積體的擠壓下，產(chǎn)生向北東向的變形，且在整個場地范圍內(nèi)變形最大，若后期再在地表加載或遇極端天氣條件下，堆積體前部易產(chǎn)生整體滑動。堆積體前部南西側(cè)靠南部位坡度較陡，在場地開挖后此區(qū)域向北或北北東方向產(chǎn)生了一定變形，若不加支護，可能會產(chǎn)生小范圍垮塌或滑塌。

堆積體中后部在開挖后，局部坡度較陡，碎石土較松散，故產(chǎn)生了向臨空方向（即北向）的變形，后期在長期風化或暴雨條件下可能產(chǎn)生小范圍的滑坡。堆積體中后部整體變形較小，主要為填方體向西或北西臨空方向的變形，此區(qū)域場地較穩(wěn)定，基本不會產(chǎn)生大的變形或破壞，但坡表邊緣部位可能會出現(xiàn)掉塊的現(xiàn)象。

5 場地斜坡開挖后暴雨條件下變形特性分析

斜坡開挖后暴雨條件下，場地斜坡變形的總位移云圖如圖4所示，從圖中可以看出，暴雨條件下，堆積體前部的變形量劇增，最大值達到1.9m，而堆積體中后部變形量相較于開挖后天然條件下增加不多，所受影響較小。說明極端暴雨條件下堆積體前部所受影響較大，可能已經(jīng)滑動破壞。

圖4 場地斜坡開挖后暴雨條件下變形過程中總位移分布特征

斜坡開挖后暴雨條件下，場地斜坡最大剪應變增量云圖如圖5所示，從圖中可以看出，堆積體前部在開挖后天然條件下的基礎(chǔ)上，大部分部位都出現(xiàn)了剪應變集中現(xiàn)象，只是不同部位集中程度不同而已，邊緣部位最大，說明此區(qū)域堆積體在暴雨條件下可能已經(jīng)破壞，而不僅僅是沿著底部滑面的滑動變形，滑坡體內(nèi)也存在剪切破壞。

圖5 場地斜坡開挖后暴雨條件下最大剪應變增量分布特征

6 結(jié)論

本文主要通過FLAC3D軟件對大型松散堆積體斜坡開挖以及降雨后的變形特征進行了分析。開挖后斜坡變形主要發(fā)生在開挖面后部堆積體分布區(qū)域。場地堆積體前部整體變形都較大，易發(fā)生滑動破壞。堆積體中部坡度較陡部位易發(fā)生局部垮塌，堆積體后部變形量相對較小，產(chǎn)生滑動或垮塌的可能性較小。降雨作用下，斜坡堆積體整體發(fā)生了輕微的變形，受開挖影響范圍內(nèi)堆積體的位移仍會持續(xù)增加。