程興遠(yuǎn)

（濟(jì)南市長清區(qū)公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 250300）

0 引言

在外部自然條件作用下，邊坡有可能突然失穩(wěn)而造成失穩(wěn)滑動，小則形成局部塌方，大則形成滑坡事故，造成嚴(yán)重的安全隱患。為此，許多研究人員對邊坡穩(wěn)定性及滑坡失穩(wěn)進(jìn)行了相關(guān)研究[1-3]。代雪等[4]以某場地高填方邊坡和直立邊坡為研究對象，基于Geostudio、理正軟件以及ANSYS軟件，采用M-P法、Bishop法和強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析。武博強(qiáng)等[5]為解決目前在設(shè)計(jì)中普遍采用的抗剪強(qiáng)度加固區(qū)域置換法計(jì)算結(jié)果偏保守的問題，總結(jié)了前人的研究成果，分析了抗剪強(qiáng)度加固區(qū)域置換法的計(jì)算原理，以內(nèi)蒙古經(jīng)烏高速K91+768—K91+798左側(cè)風(fēng)積沙路塹高邊坡為研究對象，基于極限平衡法對置換法的計(jì)算準(zhǔn)確性進(jìn)行研究。王蛟[6]為查明四川某滑坡變形破壞機(jī)理，通過現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)外試驗(yàn)及數(shù)值模擬等方法，在查明滑坡地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，分析其發(fā)育特征，并基于Flac-3D有限元軟件強(qiáng)度折減法計(jì)算滑坡天然及飽和工況下的穩(wěn)定性系數(shù)。通過對比分析兩種工況下塑性區(qū)及剪應(yīng)變增量帶的分布情況，揭示滑坡的變形破壞機(jī)理。

盡管目前對邊坡穩(wěn)定性及滑坡失穩(wěn)機(jī)理已有相關(guān)研究，但由于工程地質(zhì)條件對滑坡失穩(wěn)具有較大影響，不同環(huán)境下滑坡失穩(wěn)機(jī)理不盡相同。為此，本文以山東某滑坡穩(wěn)定性分析為案例，基于當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件，研究分析滑坡失穩(wěn)破壞機(jī)理，并利用三維數(shù)值模擬軟件進(jìn)行穩(wěn)定性分析，為支護(hù)加固措施提供指導(dǎo)。

1 工程概況

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及實(shí)地測量，某滑坡平面形態(tài)呈長條形，滑體長650～800m，橫向?qū)?00～270m，平均厚38m，面積約0.14km2，體積方量約為550.14×104m3，主滑方向?yàn)?09°，滑坡前緣2 475m，后緣2 732m，總體坡度20°?；矠閺?qiáng)風(fēng)化泥巖，滑坡后壁高46～57m，平均坡度約為40°，呈圈椅狀，滑壁平直，表層覆蓋少量殘坡積土。前緣經(jīng)后期人工改造基本被破壞。綜上所述，滑坡為大型泥巖切層滑坡，屬推移式滑坡。

滑坡中部北側(cè)因滑坡產(chǎn)生的高陡臨空面在降雨等外力及其前緣受隆務(wù)河的進(jìn)一步侵蝕切割等原因，致使滑坡體解體產(chǎn)生滑動，形成次級滑坡。次級滑坡平面上呈“舌”狀?；w軸向長280～310m，橫向?qū)?0～180m，平均厚21.5m，總面積0.03km2，方量約73.86×104m3，主滑方向?yàn)?01°，滑坡體后緣高程2 618m，前緣高程2 514m。該次級滑坡后壁位于二級平臺前緣。次級滑坡勢能已基本釋放完，滑體前緣覆蓋于四級平臺之上。綜上所述，該次級滑坡為中型滑坡堆積層土質(zhì)滑坡，屬推移式滑坡。

滑坡體現(xiàn)形成四級平臺。一級平臺位于滑坡體后緣，由深層滑坡形成，呈NE～SW向分布，面積0.014km2，平臺寬180m，長約80m，平臺后緣陡壁高46～57m，平均坡度約40°，平臺前緣后期人工改造呈階梯狀，前緣坡度約35°，南側(cè)平臺較完整，北側(cè)臺坎不完整受侵蝕及人為改造呈緩坡狀。二級平臺位于滑坡體中后部，由深層滑坡形成，呈NE～SW向分布，平臺寬155m，長10～40m，前緣整體坡度35～40°，前緣后期人工改造呈階梯狀，面積0.01km2，臺面基本完整，坡度8～15°。三級平臺位于滑體中部，由深層滑坡形成，呈NE～SW向分布，寬約70m，長10～30m，前緣高約30m，坡度35～50°，面積約為0.002km2，僅殘留一部分位于次級滑坡南側(cè)，北側(cè)隨次級滑動下滑，臺面坡度為5～10°。四級平臺位于滑體前部，由次級滑坡形成，呈NS向分布，平臺長約70m，寬約170m，前緣經(jīng)后期人工改造呈陡坎狀，已失去原有的地貌形態(tài)，前緣坡高約25m，面積約為0.015km，臺面基本完整，坡度7°。

此外，滑體上發(fā)育有四條小～中型沖溝。沖溝兩岸坡體局部發(fā)育有小型溜滑體，沖溝南側(cè)植被發(fā)育，主要為人工栽植松樹及草灌，植被覆蓋率達(dá)70%，沖溝南側(cè)植被主要為草灌，植被覆蓋率為20%。

2 滑坡破壞機(jī)理分析

滑坡后壁及前緣坡度較陡，局部處于直立狀態(tài)，為滑坡不穩(wěn)定提供了地形條件；滑坡坡腳開挖使坡體形態(tài)發(fā)生改變，為滑坡滑動提供了空間?；缕露榷噶ⅰ⒏卟畲?，導(dǎo)致坡體重力分解力自身沿坡面方向大于抗滑力，形成滑動面（帶），地層巖性強(qiáng)度低，使坡體自身抗滑能力降低，在降雨作用下，滑動面經(jīng)雨水浸泡，滑動面附近巖土體抗剪強(qiáng)度降低，雨水的浸泡、浸潤對滑動面上的土體還產(chǎn)生一定的潤滑作用，加快滑坡的發(fā)生；坡腳位置被當(dāng)?shù)鼐用耖_挖較嚴(yán)重，滑坡坡腳支撐力不斷降低，坡體整體穩(wěn)定性降低。坡體目前持續(xù)發(fā)生蠕動變形，如果不對滑坡進(jìn)行治理，任其發(fā)展，最終導(dǎo)致滑坡沿滑動面（帶）發(fā)生滑動。滑坡坡度較陡，局部處于直立狀態(tài)，滑體坡面裂縫、落水洞及沖溝等變形特征發(fā)育較多，在降雨等外因作用下，雨水由裂縫滲入滑體，滑體經(jīng)雨水浸泡，自身抗剪強(qiáng)度降低，易形成滑坡災(zāi)害。

3 數(shù)值模擬法穩(wěn)定性評價

3.1 有限元模型建立

滑坡為泥巖切層滑坡，平面形態(tài)呈不規(guī)則長條形?；潞蟊诔拾雸A形，壁面陳舊，滑坡周界清晰，西側(cè)至丘陵區(qū)斜坡帶?；轮骰较?09°，滑體整體坡度南陡北緩，南側(cè)坡度30～40°，后壁高40～50m，坡度35～45°?；卤韺油怀鲇谄旅?，略呈弧形，其坡面整體形態(tài)呈凸形，平面呈“舌”狀，前緣為不規(guī)則弧形?；w軸向長650～800m，橫向?qū)?00～270m，平均厚38m，總面積0.14km2，方量約550.14×104m3。

為盡可能完全地包絡(luò)整個滑坡區(qū)域，同時考慮模型大小對計(jì)算速度的影響，模型寬度沿河流方向（Y方向）取6 000m；高度沿垂直方向（Z方向）取原高程2 460～2 750m，最大厚度190m；長度沿臨河方向（X方向）取6 000m。模型的上表面為自由面，下底面為固定支座約束，對x、y、z三個方向位移進(jìn)行約束，左右邊界滑動支座約束x水平方向位移，前后邊界滑動支座約束y方向位移。

為方便建模型，用SURFER處理等高線后導(dǎo)入ANSYS中生成地表坡面，然后用ANSYS軟件建立三維地質(zhì)模型，劃分好網(wǎng)格后導(dǎo)入FLAC3D中計(jì)算。ANSYS建好的三維模型見圖1。劃分網(wǎng)格后的模型總計(jì)26 034個節(jié)點(diǎn)，125 766個單元。

圖1 滑坡ANSYS計(jì)算模型

3.2 參數(shù)選取

綜上已有研究及收集的滑坡詳查資料，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)取值見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)取值匯總表

3.3 暴雨工況下滑坡變形特征分析

（1）主應(yīng)力分析

由圖2可知，滑坡的應(yīng)力應(yīng)變分布情況在巖體分界線部位出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，次次級滑坡壓應(yīng)力集中值高達(dá)2.39MPa，坡體上部的拉應(yīng)力區(qū)在增大，并且拉應(yīng)力的值也有所增加，最大拉應(yīng)力值達(dá)到0.92MPa。并且在次次級滑坡內(nèi)部的巖層界面及勘察滑面附近出現(xiàn)較大的拉壓應(yīng)力集中現(xiàn)象。結(jié)合次次級滑坡主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的分布情況，拉應(yīng)力的范圍和數(shù)值都在增大，在滑坡內(nèi)部的滑動帶附近出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖2 滑坡主應(yīng)力云圖

（2）位移分析

對比分析，滑坡總位移如圖3所示。結(jié)合應(yīng)力特征圖可知，暴雨工況下，次次級滑坡的位移變化最大，最大位移值達(dá)到2.838m。相比而言，次級滑坡變形位移較小，未有明顯的位移發(fā)生。

圖3 滑坡總位移云圖

（3）應(yīng)變分析

剪應(yīng)變增量如圖4可知，剪切位移的最大值發(fā)生在次次級滑坡坡體內(nèi)部的滑面附近，在巖體分界部位也出現(xiàn)了較大的剪應(yīng)變增量值，次次級滑坡最大剪應(yīng)變增量值為0.056MPa，整體上坡體內(nèi)部的剪切位移主要發(fā)生在坡體的變形體內(nèi)部，特別是在滑帶區(qū)域和巖體分界部位。

圖4 滑坡剪應(yīng)變云圖

總體來說，暴雨作用下滑坡的變形破壞以次次級滑坡最為明顯，其最大位移值達(dá)2.838m，出現(xiàn)在次次級滑坡滑面及巖層界面附近區(qū)域。上述計(jì)算結(jié)果，說明暴雨對次次級滑坡滑帶的巖體強(qiáng)度的弱化作用非常明顯，直接導(dǎo)致坡體出現(xiàn)強(qiáng)烈變形現(xiàn)象。

4 結(jié)語

本文分析山東某高速公路滑坡的破壞機(jī)理，并采用三維數(shù)值模擬軟件對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)在暴雨工況下，滑坡坡體變形區(qū)內(nèi)均存在較大破壞，但主要集中在次次級滑坡坡體的滑面及巖體界面附近區(qū)內(nèi)，并在滑帶區(qū)內(nèi)形成貫通的剪切破壞區(qū)，暴雨作用對滑坡坡體的變形破壞影響較大。建議禁止在滑坡區(qū)尤其是滑坡前緣隨意開挖，同時應(yīng)規(guī)范滑坡區(qū)上的用水排放，嚴(yán)禁直接排向滑坡體。鑒于滑坡危害的嚴(yán)重性，建議盡快實(shí)施治理措施，實(shí)現(xiàn)治理滑坡、消除隱患的目標(biāo)。