許啟松 任 飛 樊 輝 楊國珍 李明勝

（貴州省減災中心，貴陽 550000）

0 引言

貴州省位于世界最大的連片巖溶石山地區(qū)的中心地帶，多為峰叢河谷洼地，具有山高坡陡谷深的特點，加之貴州省生態(tài)環(huán)境較為脆弱，地質(zhì)災害具有“災種全、災害重、隱患多、發(fā)生頻繁”的特點，是全國地質(zhì)災害最為嚴重的省份之一。據(jù)調(diào)查，全省地質(zhì)災害高中易發(fā)區(qū)面積達13.6 萬平方公里，占全省國土面積的77%。通過對近5 年來發(fā)生的140 余處主要地質(zhì)災害進行統(tǒng)計分析，滑坡占主導地位，約60%，崩塌占20%，泥石流占13%。各類地質(zhì)災害往往相伴而生,并引發(fā)次生災害，使危害和影響范圍加大，給人民生命財產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)造成巨大損失。

滑坡因其具有多發(fā)性、頻發(fā)性和嚴重破壞性的災害特征，已成為地質(zhì)災害中的一種重要災種。降雨是滑坡最重要的誘發(fā)因素之一，具有很強的區(qū)域群發(fā)性和突發(fā)性，同時也增加了滑坡的早期識別和防范難度?；聻暮ξｋU性評價是滑坡風險研究的基礎(chǔ)，亦是實現(xiàn)滑坡災害預測預警評估，繼而制定相應的災害防治預案的重要手段。

本研究課題以某地質(zhì)災害隱患點為例，通過資料收集、野外調(diào)查、室內(nèi)試驗，利用FLAC3D 軟件建立動態(tài)預測模型，為多因素誘發(fā)自然災害的綜合性動態(tài)評估研究的推廣提供基礎(chǔ)支持。

1 項目水文和地質(zhì)情況

本次選取的研究區(qū)位于貴州省中東部的高坪礦區(qū)內(nèi)，距貴陽市區(qū)150km，屬于亞熱帶溫濕氣候，春夏季多南風，秋東季多北風。年最高氣溫34℃，最低氣溫-5℃，年平均氣溫約15℃，年降雨量714.8～1375.4mm，年平均降雨量1135.1mm。5～8 月為雨季，降雨量占年降雨量的70%以上。本區(qū)域潮濕多雨，相對濕度一般80%左右，最高100%，最低50%，因此邊坡的穩(wěn)定性受雨季影響較大。其主要地層巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)如下：

（1）紅黏土層：褐黃色，殘坡積成因，裂隙發(fā)育，韌性較強，網(wǎng)紋狀裂隙較發(fā)育，含少量白云巖風化顆粒，滲透系數(shù)經(jīng)驗值為：1×10-6～1×10-8（cm/s）；

（2）震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）強風化白云巖：巖體極破碎，呈星散狀較均勻分布于頂部，滲透系數(shù)經(jīng)驗值為：1.2×10-8～4.6×10-9（cm/s）；

（3）震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）中風化白云巖：細至中粗粒白云巖，含硅質(zhì)團塊及條帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，滲透系數(shù)經(jīng)驗值為：1×10-9～6×10-（6cm/s）。

研究區(qū)邊坡巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1 所示。

圖1 研究區(qū)邊坡巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

2 預測模型

根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查，利用FLAC3D 軟件計算將模擬試驗段坡體劃分為12578 個單元，2988 個節(jié)點，建成試驗段邊坡三維模型。模型中，設(shè)為自由邊界的區(qū)域為邊坡的表面，設(shè)為固定約束邊界的區(qū)域位于模型底部，設(shè)為單向邊界的區(qū)域環(huán)繞在模型四周。在進行初始力學邊界的條件賦值中，不對其構(gòu)造應力進行考慮，而對自重應力作用下的初始應力作為重要考慮的對象。根據(jù)滑坡變形的時間與規(guī)律，將研究區(qū)邊坡產(chǎn)生變形的過程分成兩個階段進行分析。

（1）初步蠕變階段。利用FLAC3D 軟件，結(jié)合研究區(qū)近10 年的降雨情況，建立暴雨情況下的三維模型，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)多個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)變化的趨勢，選取典型監(jiān)測數(shù)據(jù)序列，與模型所模擬的滑坡變形趨勢進行分析比較，直觀反映暴雨工況下滑坡的變形趨勢和破壞情況。

（2）變形加速階段。在變形加速階段，采用多元線性回歸模型對滑坡變形趨勢進行預測，根據(jù)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)變化的趨勢，選取典型監(jiān)測數(shù)據(jù)序列，與多元線性回歸模型得出的預測值進行對比分析。

圖2 三維數(shù)值計算模型圖

3 穩(wěn)定性分析及預測

3.1 天然工況的情況

根據(jù)FLAC3D 軟件計算所得天然工況條件下邊坡滑動安全系數(shù)為1.64，處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。其中，由圖3 的位移云圖正面圖和圖4 位移云圖側(cè)面圖可以看出：滑坡在坡頂強風化白云巖和中風化白云巖交界處附近位移最大，并從坡頂往下逐漸減少，坡腳位移量最小。

圖3 天然工況：位移云圖正面圖

圖4 天然工況：位移云圖側(cè)面圖

從圖5 最大主應力圖可以看出：應力集中區(qū)主要集中在邊坡坡表中風化白云巖巖層（FLAC3D 中以拉應力為正，壓應力為負）。在坡頂出現(xiàn)拉應力分布區(qū)，其應力值和邊坡高度成正比。從圖6 可以看出：邊坡剪應變增量坡頂是最大的，處于較為軟弱的狀態(tài)，并隨著深度的加深逐漸減少。

圖5 天然工況：最大主應力圖

圖6 天然工況：剪應變增量云圖

3.2 暴雨工況的情況

水是影響該邊坡穩(wěn)定性的主要因素。當黏土浸水膨脹后，大大地降低了顆粒間的黏聚力，從而使抗剪阻力降低，進而降低邊坡的穩(wěn)定性；風化作用使邊坡的巖石強度降低的同時，也使巖體內(nèi)的可溶性礦物析出，加大巖體的裂隙，使巖體的黏聚力大大降低，遇水產(chǎn)生滑移變形。

采用飽和容重及飽和力學參數(shù)進行暴雨工況下有限元分析。計算所得暴雨工況條件下邊坡滑動安全系數(shù)為1.38，處于穩(wěn)定的狀態(tài)。由圖7 的位移云圖正面圖和圖8位移云圖側(cè)面圖可以看出：從邊坡頂部到邊坡的底部位移的趨勢呈明顯的漸變趨勢，在坡腳附近的下部即藍色的區(qū)域，位移等值線隨上部區(qū)域的變化而急劇變化。也可看出位移分層現(xiàn)象十分明顯，說明在一定范圍內(nèi)，該位置的位移急劇增加，是整個邊坡位移的轉(zhuǎn)折點。

圖7 暴雨工況：位移云圖正面圖

圖8 暴雨工況：位移云圖側(cè)面圖

從圖9 的最大主應力圖可以看出：邊坡最危險的滑動面最大可能出現(xiàn)在邊坡位移突變的地方。從圖10的剪應變增量圖可以看出：邊坡的表面順著層面出現(xiàn)了一個貫通的剪切破壞面，處于較為軟弱的狀態(tài)，進一步確定了該層面為潛在的滑動面。

圖9 暴雨工況：最大主應力圖

圖10 暴雨工況：剪應變增量云圖

4 結(jié)束語

本文以貴州省某滑坡監(jiān)測項目作研究對象，探討了滑坡變形趨勢、邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的預處理，以及邊坡預測模型對邊坡變形的預測研究。根據(jù)邊坡變形的時間規(guī)律，將研究區(qū)邊坡產(chǎn)生變形的過程分成兩個階段進行分析：在邊坡初始變形到邊坡失穩(wěn)階段，采用快速拉格朗日有限差分法建立FLAC3D 邊坡三維模型，模擬暴雨情況下邊坡滑動狀態(tài)，驗證建立的模型與實際監(jiān)測結(jié)果反映的變化規(guī)律是相符合的，表明利用FLAC3D 軟件建立的邊坡三維模型進行預測是可行的。