潘長(zhǎng)勝PAN Chang-sheng

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510060；廣東省城市感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510060）

0 引言

滑坡作為一種常見的地質(zhì)災(zāi)害在我國(guó)頻繁發(fā)生并且分布廣泛，不僅破壞基礎(chǔ)設(shè)施，影響各工程的施工與建設(shè)，還阻礙國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展進(jìn)程，并對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的影響?；碌刭|(zhì)災(zāi)害如果處理不及時(shí)，將會(huì)造成一定的設(shè)施破壞、財(cái)產(chǎn)損失甚至是人員的傷亡[1-3]。因此，研究分析滑坡地質(zhì)災(zāi)害的成因和機(jī)理及滑坡的防治措施等一直是工程地質(zhì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

瞬時(shí)暴雨或長(zhǎng)期降雨等條件下誘發(fā)滑坡是土質(zhì)邊坡中最容易發(fā)生的類型[4]。針對(duì)降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性，眾多學(xué)者主要從多個(gè)方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。目前邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的主要方法是極限平衡法和數(shù)值模擬法。數(shù)值模擬分析方法包括有限單元法、有限差分法、離散單元法等。李安潤(rùn)等[5]通過(guò)極限平衡法和有限元數(shù)值分析方法，對(duì)降雨條件下某堆積體邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，并提出了合理的防治措施。Chang 等[6]采用PFC 數(shù)值模擬軟件分析研究了某黃土滑坡在地表水入滲條件下邊坡的失穩(wěn)破壞過(guò)程?；睾阌系萚7]采用傳統(tǒng)極限平衡理論的條分法和數(shù)值模擬的Flac3D 方法進(jìn)行對(duì)比分析，得出Flac3D法分析條件更加完善，在理論上更加可靠，而條分法計(jì)算理論理想化，計(jì)算結(jié)果偏保守的結(jié)論。李振江等[8]通過(guò)GeoStudio 軟件對(duì)暴雨工況下的南京某下蜀土滑坡進(jìn)行了模擬分析，研究了暴雨條件下邊坡的孔隙水壓力和位移變化，并對(duì)應(yīng)急治理措施進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。張樹軒等[9]利用Flac3D 模擬分析了甘肅天水紅旗山黃土滑坡的穩(wěn)定性，為潛在強(qiáng)震區(qū)地震滑坡的變形機(jī)理及防震減災(zāi)研究提供了可靠依據(jù)。

Flac3D 數(shù)值模擬法是近年來(lái)比較流行的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析方法，主要應(yīng)用于土質(zhì)滑坡，在巖質(zhì)滑坡方面，相對(duì)應(yīng)用較少。本文以江蘇西南部一土質(zhì)邊坡為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用Flac3D 軟件對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及變形破壞機(jī)理分析，為滑坡防治提供參考。

1 工程概況

1.1 邊坡基本特征

江蘇省西南部某一典型土質(zhì)邊坡現(xiàn)狀如圖1 所示。研究區(qū)位于某東側(cè)山麓處，屬于構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)。人類工程活動(dòng)對(duì)原始地形地貌的改造較強(qiáng)烈，地質(zhì)環(huán)境也發(fā)生了不同程度的改變，坡體的穩(wěn)定性長(zhǎng)期受到不利的影響。該邊坡總體地勢(shì)西高東低，整體坡向75°，整體高差約39m，自然坡度約22°。邊坡基巖巖性為侏羅系中下統(tǒng)象山群石英砂巖，巖層產(chǎn)狀為155°∠25°，巖體呈中薄層狀，結(jié)構(gòu)面主要發(fā)育兩組25°∠75°，87°∠85°，巖體強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化，屬軟巖～較堅(jiān)硬巖，巖體破碎～較完整，工程巖體分級(jí)為Ⅴ～Ⅲ級(jí)?；鶐r覆蓋層為素填土和下蜀組粉質(zhì)黏土，素填土層厚度2.3～4.1m，平均厚度3.2m，下蜀組粉質(zhì)黏土厚度0.8～1.3m，平均厚度6.9m。

圖1 研究區(qū)域現(xiàn)狀

由于降雨的影響，該邊坡局部坡段發(fā)生了滑坡地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致坡腳部分擋墻及磚砌圍墻產(chǎn)生變形破壞，此外由于工程切坡作用，破壞了坡體原有的穩(wěn)定狀態(tài)，形成了新的滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的居民群眾、建筑物造成了嚴(yán)重的安全威脅。主要研究的潛在滑坡如圖2 所示。

圖2 潛在滑坡

1.2 滑坡變形破壞機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可知，主要研究區(qū)域潛在滑坡主要為下蜀組土質(zhì)滑坡災(zāi)害。構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌，地形起伏較大，是產(chǎn)生滑坡的有利地形。由于工程建設(shè)，對(duì)其西側(cè)邊坡進(jìn)行了切坡處理，切坡高差約5.1～8.5m，坡腳坡度陡立，為滑坡提供了臨空面條件；邊坡表層土體主要為素填土及下蜀組粉質(zhì)黏土，一般為可塑-硬塑，多具有一定的脹縮性，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，地表土體結(jié)構(gòu)松散，有利于降雨入滲；雨水的入滲劣化上部土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使土體含水量增高、重度增大、土體強(qiáng)度減弱，造成邊坡土體軟化，從而造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。同時(shí)裂隙充水使斜坡受到靜水壓力作用，使斜坡增加一個(gè)向著臨空面的側(cè)向推力，誘發(fā)滑坡；連續(xù)降雨入滲補(bǔ)給后形成地下水并向斜坡下方滲流，由于水力梯度的作用，會(huì)對(duì)斜坡產(chǎn)生動(dòng)水壓力，其方向與滲流方向一致，指向臨空面，對(duì)斜坡穩(wěn)定不利。

從外部因素方面來(lái)看，研究山體坡腳處的人類工程活動(dòng)，對(duì)坡腳進(jìn)行人工開挖，改變了原始的地形形態(tài)，破壞了邊坡原有的穩(wěn)定狀態(tài)，為加坡體發(fā)生滑動(dòng)變形增加了可能性。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及室內(nèi)綜合分析，研究滑坡為牽引式土質(zhì)滑坡，坡體上部的粉質(zhì)黏土層遇水后膨脹飽和，重度增加，強(qiáng)度降低，抗滑力減弱，導(dǎo)致坡體軟化變形，坡體易沿貫通滑動(dòng)面在坡腳剪出，形成滑坡?；麦w潛在滑動(dòng)面為圓弧形。

2 邊坡模型建立

本次數(shù)值模擬采用Flac3D 模擬軟件進(jìn)行分析。通過(guò)AutoCAD、Ansys 等軟件進(jìn)行邊坡數(shù)值計(jì)算模型的建立和網(wǎng)格的劃分，將建好的模型通過(guò)接口導(dǎo)入到Flac3D 中進(jìn)行計(jì)算分析。邊坡的計(jì)算模型如圖3 所示，模型長(zhǎng)60m，寬45m，坡頂最高處高程29m，坡腳最低處高程約13m，底面高程0m。下層基巖為石英砂巖，上覆土層為下蜀組粉質(zhì)黏土。

圖3 邊坡模型

3 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算采用摩爾-庫(kù)倫模型，基于強(qiáng)度折減法，計(jì)算邊坡在自重工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)，并根據(jù)滑坡位移分析滑坡變形破壞機(jī)理。

3.1 自重工況

通過(guò)野外鉆探取樣、室內(nèi)直剪試驗(yàn)的方法得到模型中巖土材料基本物理力學(xué)參數(shù)，再根據(jù)前人資料、勘察數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)類比綜合確定計(jì)算所涉及的參數(shù)。自重工況下計(jì)算模型中各層巖土體的物理力學(xué)參數(shù)具體見表1。

表1 自重工況邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

圖4 為研究邊坡在自重條件下的總位移云圖，由圖可知，邊坡在自重工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.36，處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡最大位移為5.83cm，最大位移發(fā)生在坡體表層右側(cè)中下部，與實(shí)際情況（圖2 潛在滑坡）相符。潛在滑動(dòng)面位于土體內(nèi)部，為圓弧形滑動(dòng)。潛在滑動(dòng)面上粉質(zhì)黏土受剪應(yīng)力作用，發(fā)生剪切破壞；潛在滑動(dòng)面上部土體主要受張拉應(yīng)力作用，發(fā)生拉張破壞，局部可能發(fā)生應(yīng)力集中，促使拉裂縫的產(chǎn)生，為邊坡沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)創(chuàng)造了更有利的條件。

圖4 自重工況下邊坡位移云圖

3.2 暴雨工況

暴雨工況下模擬采用巖土體飽和參數(shù)，計(jì)算模型中各巖土體物理力學(xué)參數(shù)表如表2 所示。

表2 暴雨工況邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定性分析總位移云圖如圖5 所示。由圖5 可知，邊坡在自重工況下穩(wěn)定系數(shù)為0.97，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡最大位移為12.75cm，最大位移仍發(fā)生在坡體表層右側(cè)中下部。對(duì)比自重工況下可以發(fā)現(xiàn)：暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定性大幅降低，邊坡滑動(dòng)位移明顯增大，滑動(dòng)范圍也更廣。邊坡受降雨影響，下蜀組粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度降低，坡體飽水、自重增大，下滑力和抗滑力發(fā)生改變，影響邊坡穩(wěn)定性。與自重工況下相同，潛在滑動(dòng)面上粉質(zhì)黏土主要受剪應(yīng)力作用，發(fā)生剪切破壞；潛在滑動(dòng)面上部土體受張拉應(yīng)力作用、發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，促使拉裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)拉裂縫作為雨水下滲的通道，隨著時(shí)間改變?cè)絹?lái)越大，聯(lián)通程度也越來(lái)也高，造成邊坡沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)，增加了邊坡的不穩(wěn)定性。

圖5 暴雨工況下邊坡位移云圖

4 邊坡監(jiān)測(cè)位移分析

圖6 為滑坡2022 年J1、J2、J3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移值統(tǒng)計(jì)圖，從圖6 可以看出，位于坡體中部的J1 點(diǎn)位移值最大，最大位移值為11.6cm。而位于坡體中上部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)J2 和位于坡體中下部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)J3 的最大位移值相對(duì)較小。

圖6 邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

與Flac3D 計(jì)算結(jié)果結(jié)果相對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)具有較好的一致性，相同部位的位移值相差不大，數(shù)值模擬結(jié)果可靠。根據(jù)位移值變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，6 月、7 月、8 月份是坡體位移值上升最快的時(shí)間段，這3 個(gè)月雨水相對(duì)較多，雨水是造成坡體加速滑移的最大因素，因此暴雨工況下坡體位移值最大。

5 結(jié)論

以江蘇西南部某土質(zhì)邊坡為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用Flac3D 數(shù)值模擬法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及變形破壞機(jī)理分析，得到以下結(jié)論：

①研究邊坡為典型的下蜀組土質(zhì)滑坡，受工程建設(shè)對(duì)坡腳的開挖等影響，邊坡坡面較陡立，為坡體的滑動(dòng)破壞提供了臨空面和剪出口，存在滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。

②通過(guò)Flac3D 數(shù)值模擬軟件計(jì)算分析得出：在天然情況下邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，受暴雨作用后，位移值由天然情況下的5.83cm 增大至12.75cm，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)同時(shí)顯著降低至0.98，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行加固治理，滑坡防治需著重考慮雨水對(duì)坡體的影響。

③將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)具有較好的一致性，相同部位的位移值相差不大，雨水爆發(fā)的季節(jié)滑坡發(fā)生滑移的幾率更高，數(shù)值模擬分析結(jié)果可靠。

④建議對(duì)該邊坡采用削坡減載、錨桿格構(gòu)梁加固并進(jìn)行坡面綠化以及布設(shè)截排水溝等措施進(jìn)行加固治理。