徐 康馬才波

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2.內(nèi)蒙古引綽濟(jì)遼供水有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，邊坡穩(wěn)定性一直是工程地質(zhì)和巖石力學(xué)研究的重要課題，而邊坡失穩(wěn)受多種因素的影響，其中包括自然環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、滑坡組成物質(zhì)等。其中降雨是邊坡變形破壞主導(dǎo)因素之一［1］，這是由于在持續(xù)降雨滲流作用下，導(dǎo)致邊坡土體孔隙水壓力增大以至于有效應(yīng)力減小。同時(shí)由于降雨形成的徑流在邊坡表面對(duì)護(hù)坡物質(zhì)的沖刷作用，導(dǎo)致邊坡表面發(fā)生破壞，從而進(jìn)一步增大雨水的滲透強(qiáng)度，加速邊坡的變形破壞［2］。

針對(duì)邊坡穩(wěn)定性眾多學(xué)者都開(kāi)展了研究。其中，周明月等［3］對(duì)梅沖河系統(tǒng)邊坡表面布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性研究，結(jié)果表明該邊坡均出現(xiàn)不同程度變形且同降雨存在明顯正相關(guān)性；楊磊等［4］通過(guò)邊坡表觀變形、多點(diǎn)位移及錨索荷載等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)研究長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞進(jìn)口邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題；杜怡韓等［5］通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)勘察等方法以安徽省蕪湖市繁昌區(qū)某小區(qū)南側(cè)大型滑坡為研究對(duì)象，研究了強(qiáng)降雨對(duì)滑體土壓力的影響規(guī)律、滑體在強(qiáng)降雨作用下的破壞機(jī)制。

經(jīng)過(guò)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的長(zhǎng)期研究，逐漸從理論發(fā)展到對(duì)滑坡發(fā)生時(shí)間和規(guī)模的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，掌握滑坡發(fā)生及發(fā)展規(guī)律，提前做好防護(hù)，從而減少滑坡產(chǎn)生的不良影響，因此滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)相關(guān)工作順勢(shì)而生［6-7］。滑坡形成的機(jī)制相對(duì)而言比較復(fù)雜，影響因素較多并且演化機(jī)制復(fù)雜，因此，根據(jù)云南某水庫(kù)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)值仿真方法進(jìn)行研究，分析強(qiáng)降雨條件下的邊坡穩(wěn)定情況，綜合分析該滑坡的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)。

1 工程概況

某邊坡位于云南省怒江州蘭坪縣營(yíng)盤(pán)鎮(zhèn)大華村附近瀾滄江右岸坡體上，邊坡距下壩址約5.1 km。其地貌形態(tài)如圖1所示，曲線(xiàn)所標(biāo)范圍即為邊坡滑坡體的范圍，高程為1 410.00～1 870.00 m，滑坡堆積體預(yù)計(jì)體積約5×107m3。當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到1 500.00 m時(shí)，滑坡體將會(huì)有近70 m的范圍淹沒(méi)在水位之下。整個(gè)邊坡呈扇形，前寬后窄，呈南北向展布，前緣沿河流約1.2 km。在整個(gè)斜坡區(qū)，整體表現(xiàn)出西部坡體高于東部坡體，上部坡體陡于下部坡體的斜坡地貌?；掳镀缕露?0°～60°，部分岸坡已失穩(wěn)滑動(dòng)。整個(gè)滑坡地表原始天然植被較少，且多為季節(jié)性植物，滑坡地表植被覆蓋度隨季節(jié)變化較大。

2 邊坡觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)分析邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握邊坡土體的實(shí)際變形情況以及可能滑動(dòng)坡體的面積或體積，相應(yīng)地進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)警并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，以避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的選擇要既能全面反映邊坡的變化過(guò)程，又能夠確保監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，從大量實(shí)際工程得出的經(jīng)驗(yàn)可知［8-9］，在不同部位布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)會(huì)對(duì)邊坡的整體分析造成很大的影響，甚至差別很大，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取是一個(gè)極其重要的工作。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇需要根據(jù)邊坡類(lèi)型、監(jiān)測(cè)要求、地質(zhì)條件以及破壞情況綜合選取。

在邊坡設(shè)置3個(gè)斷面，共布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（ZK1-1~ZK3-2），監(jiān)測(cè)斷面分布情況如圖1所示。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)成果分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZK3-1位置滑動(dòng)明顯，從監(jiān)測(cè)孔垂直方向（順滑坡方向）和水平方向（順?biāo)畮?kù)方向）可以看出，曲線(xiàn)在12 m深處存在明顯的拐點(diǎn)，上下錯(cuò)動(dòng)距離0.1 m。

根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZK3-1處沿x軸方向位移量在-2～8.42 cm，沿y軸方向位移量在-4.2～6.97 cm，位移速度0.020～0.078 mm/d，且運(yùn)動(dòng)速度與降雨有關(guān)。

3 模型建立

根據(jù)測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)結(jié)果，本次建模選取的邊坡剖面為斷面1-1~斷面3-3，為了滿(mǎn)足邊界條件選取長(zhǎng)240 m、寬200 m、高160 m的模型?；谟邢薏罘衷韺?duì)該滑坡進(jìn)行動(dòng)力學(xué)以及靜力學(xué)的相關(guān)計(jì)算，數(shù)值模型一共劃分單元141 200個(gè)，節(jié)點(diǎn)148 920個(gè)，網(wǎng)格基本上是六面體網(wǎng)格，建立的模型如圖2所示。

圖2 滑坡計(jì)算模型圖

模型邊坡表面為自由約束，模型四周施加法向約束，底部施加豎直位移約束［10］。該模型采用Mohr-Coulomb模型塑性模型［11］，初始應(yīng)力場(chǎng)為重力場(chǎng)。

3.1 計(jì)算參數(shù)的選取

根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)勘查結(jié)果與室內(nèi)土體試驗(yàn)獲得土體的力學(xué)參數(shù)，并參考同類(lèi)型滑坡文獻(xiàn)數(shù)據(jù)［12］，綜合得到模擬仿真分析正常工況及強(qiáng)降雨工況下不同土層參數(shù)如表1所示。

表1 正常工況下土體物理力學(xué)參數(shù)

3.2 正常工況下穩(wěn)定性分析

以下計(jì)算是該邊坡正常工況下穩(wěn)定性計(jì)算，即只考慮在自重情況下平衡條件的穩(wěn)定性。根據(jù)模擬仿真軟件中自重應(yīng)力平衡計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 強(qiáng)降雨工況下土體物理力學(xué)參數(shù)

通過(guò)圖3、圖4的位移云圖可知，沿x方向的位移基本上跟滑坡整體位移方向一致，最大的位移主要集中于滑坡的表面部位以及滑坡中下部，沿x軸負(fù)向位移最大滑移量達(dá)到8.06 cm。從沿y方向的位移云圖可知，滑坡的中上部有向y軸負(fù)方向位移的趨勢(shì)，位移量達(dá)到10.6 cm，模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果方向一致，沿y軸位移量偏小，整體呈牽引滑動(dòng)趨勢(shì)。

圖3 正常工況邊坡沿x方向位移云圖

圖4 正常工況邊坡沿y方向位移云圖

通過(guò)上述分析可知出現(xiàn)變形的區(qū)域主要集中于滑坡的中上部，并且整體的位移有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，跟位移矢量圖的方向一致。整體變化表明滑坡上部不穩(wěn)定，導(dǎo)致后續(xù)土體向前滑動(dòng)。該滑坡失穩(wěn)是由于上部破壞牽動(dòng)下方土體穩(wěn)定性從而導(dǎo)致邊坡破壞。

3.3 強(qiáng)降雨工況下穩(wěn)定性分析

降雨條件作為滑坡失穩(wěn)的重要因素之一，常常需要考慮該條件下滑坡的穩(wěn)定性。連續(xù)降雨使雨水沿孔隙、裂隙向下滲透，使滑體巖土含水飽和度或含水量增大，滑體重量增大，抗滑力減小，滑力增大，從而引發(fā)滑坡。除此之外，滑坡中部呈現(xiàn)一個(gè)“凹”形，出現(xiàn)局部洼地，下雨時(shí)容易形成雨水的聚集出現(xiàn)地表水，地表水的緩慢下滲容易加速該滑坡的滑動(dòng)。

由于土體經(jīng)過(guò)強(qiáng)降雨的浸泡后，相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生一定的變化，進(jìn)行強(qiáng)降雨工況下穩(wěn)定性分析，設(shè)置降雨量為107 mm/d，邊坡表層土體相應(yīng)參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，具體參數(shù)選用參考表2，強(qiáng)降雨條件下的穩(wěn)定性分析具體如圖5、圖6所示。

通過(guò)圖5、圖6位移云圖可知，水平方向的位移基本上跟滑坡整體位移方向一致，最大的位移主要集中于滑坡的表面部位以及滑坡中下部，沿x方向最大滑移量達(dá)到31.1 cm。根據(jù)沿y軸方向云圖分析可知，滑坡的中上部有向沿y軸負(fù)向位移的趨勢(shì)，位移量達(dá)到51.7 cm，滑坡呈現(xiàn)的位移趨勢(shì)為剪出形式，因此強(qiáng)降雨條件下，土體的重力增加，整體呈現(xiàn)牽引滑動(dòng)趨勢(shì)。

圖5 強(qiáng)降雨條件下邊坡沿x方向位移云圖

圖6 強(qiáng)降雨條件下邊坡沿y方向位移云圖

通過(guò)上述分析可知，出現(xiàn)變形的區(qū)域主要集中于滑坡的中上部，并且整體的位移有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，不同位移區(qū)域在降雨后破壞的特征發(fā)生明顯變化，滑坡體在強(qiáng)降雨后土體顆粒飽和狀態(tài)下，抗剪強(qiáng)度明顯下降致使滑坡失穩(wěn)時(shí)滑動(dòng)面近似一個(gè)平面?；麦w上部出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，相較于正常工況變形破壞增大，與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果相比滑坡的位移方向一致，但位移量更大。

4 結(jié)論

結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)邊坡實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式對(duì)強(qiáng)降雨下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論。

①通過(guò)模擬仿真模擬正常工況下邊坡穩(wěn)定性，水平方向上位移與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，位移量與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果差值在1 cm以?xún)?nèi)，模擬仿真結(jié)果良好。

②通過(guò)監(jiān)測(cè)分析得出邊坡危險(xiǎn)斷面，結(jié)合數(shù)值仿真模型分析邊坡在正常工況下位移量在強(qiáng)降雨工況下存在明顯的滑動(dòng)現(xiàn)象，模擬結(jié)果顯示水平位移方向與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，且位移量為正常工況下的3~5倍，因此強(qiáng)降雨會(huì)促進(jìn)滑坡的發(fā)生。

③針對(duì)變形區(qū)域主要集中在邊坡的中上部，且整體有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，可以采用設(shè)抗滑樁的支護(hù)措施，比削坡壓腳的支護(hù)方法更有效。