摘 要：某邊坡位于村民居住區(qū)，由三處獨立老滑坡組成（編號分別為HP1、HP2、HP3）。為評價邊坡的穩(wěn)定性及為設(shè)計提供參數(shù)與完整地質(zhì)資料，本研究基于Midas/GTS軟件結(jié)合巖土體物理力學(xué)參數(shù)，選取HP1原始坡面和各工況建立邊坡二、三維計算模型，通過該軟件對不同工況下的滑坡進行定量分析，以期能夠?qū)碌姆€(wěn)定性及防護措施做出評價，為該滑坡工程采取合理防護措施提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Midas/GTS；計算模型；穩(wěn)定性分析

中圖分類號：TP391.92；TQ17.4 + 2 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0158-04

Comparative analysis of landslide stability basedon the combination of Midas/GTS underdifferent working conditions

ZHANG Long 1 ，LI Kai 2

（1. BGI Engineering Consultants Ltd.，Beijing，100038

2. Beijing Zhongyan Technology Co.，Ltd.，Hebei Shijiazhuang，052160）

Abstract：A slope is located in the residential area of the villagers and consists of three independent old landslides

（numbered HP1，HP2 and HP3 respectively）. In order to evaluate the stability of the slope and provide parametersand complete geological data for the design，this study established the two-and three-dimensional calculation mod?els of the slope based on the original slope surface of HP1 and various working conditions based on the Midas/GTSsoftware combined with the physical and mechanical parameters of rock and soil mass，and quantitatively analyzedthe landslide under different working conditions through the software，in order to evaluate the stability and protec?tive measures of the landslide， and provide a theoretical basis for the landslide project to take reasonable protectivemeasures.

Key words：Midas/GTS；calculation model；stability analysis

隨著經(jīng)濟建設(shè)飛速發(fā)展，一些人為干擾對滑坡的穩(wěn)定性造成很大影響，滑坡失穩(wěn)造成人員傷亡及財產(chǎn)損失尤為常見 [1] 。因此工程建設(shè)人員逐漸認識到滑坡穩(wěn)定性分析的重要性，滑坡的穩(wěn)定性分析已成為重要的研究方向，滑坡防支護及加固設(shè)計依賴于邊坡穩(wěn)定性分析，穩(wěn)定性分析得到的滑坡安全系數(shù)和臨界滑動面位置是邊坡防支護及加固設(shè)計方案的依據(jù) [2] ，該數(shù)據(jù)通常通過理正巖土或有限元計算軟件進行數(shù)值模擬而得出 [3] ?；禄瑒用婧妥钚“踩禂?shù)，也就是根據(jù)勘察資料假定邊坡開挖后可能產(chǎn)生的滑動面，對每個滑動面進行計算，得到邊坡的最小穩(wěn)定性系數(shù) [4] ，此時的滑面即為臨界滑面位置。Midas/GTS軟件是工程人員常用的滑坡穩(wěn)定性分析軟件，不同的軟件對應(yīng)的理論方法略有差異，通常情況據(jù)對應(yīng)理論方法，對復(fù)雜的土層和滑動面形狀及地下水狀況建立二或三維模型 [5-6] ，對邊坡穩(wěn)定系數(shù)進行計算，通常情況下該計算結(jié)果能夠有效的指導(dǎo)滑坡設(shè)計，進而指導(dǎo)施工。

1 工程概況

廣東省某村邊坡位于村民居住區(qū)，由3處獨立老滑坡組成（分別編號為HP1、HP2、HP3）?；驴偯娣e達47.23×10 4 m 2 ，單個滑坡體最大寬度368m，坡長837m。

該村共有260戶村民位于滑坡體上，威脅人數(shù)1103人，危害等級為1級?；乱言斐苫麦w上公路下沉，農(nóng)田損毀，魚塘漏水，民房墻體開裂、傾倒，部分破損嚴重，成危房。受季節(jié)和大氣降雨控制，汛期雨量充沛，河水常溢兩岸，形成洪災(zāi)，旱季流量減少，局部可見河床裸露。據(jù)水利部門的監(jiān)測資料，汛期最大洪峰流量為13300m 3 /s （1960年6月11日），枯水期最小流量9.0m 3 /s（1977年5月10日），多年平均流量為1300m 3 /s。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡群所處地貌類型屬于低山～丘陵，海拔高度140～512 m，西高東低，斜坡整體坡向45～110°。山體上部斜坡自然坡度25～35°，坡面植被發(fā)育（多為次生闊葉林木），下部多為坡麓緩坡，坡度10～20°，居民區(qū)、種植地位于下部?；氯禾幱诘蜕健鹆晷逼碌囟?，上部山體坡度陡峭，坡面植被發(fā)育，下部地勢稍緩，山前沖溝較多。該村位于下部緩坡區(qū)，居民樓較分散，坡地種植有經(jīng)濟作物和水稻。

2.2 地層巖性

據(jù)勘探揭示，該滑坡巖土地層較復(fù)雜自上而下依次為：人工填土層（Q ml ）、第四系植物層（Q pd ）、第四系沖積土層（Q al ）、第四系坡殘積土層（Q dl+el ）、侏羅系漳平組硅化砂巖（J 2 zh b ）、燕山期花崗巖（γ 5 2（3） ），其中燕山期花崗巖按照風(fēng)化程度又分為：全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖，其中中風(fēng)化花崗巖最大地層厚度可達6.3 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查，滑坡區(qū)地下水主要類型為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水，水量豐乏不一，其補給途徑也不一，據(jù)巖土工程勘察資料，勘查區(qū)地下水位動態(tài)變化具季節(jié)性周期，雨季地下水位明顯上升，旱季地下水位回落下降，年變化幅度為2.0～5.0m。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

眾多因素都會影響到邊坡的穩(wěn)定性 [7] 。邊坡穩(wěn)定性評價不僅依賴于定量分析，還需要結(jié)合定性失穩(wěn)現(xiàn)象的觀察。墻體開裂、地面下沉等現(xiàn)象，常作為潛在邊坡失穩(wěn)的重要預(yù)警信號。通常認為當出現(xiàn)的各種裂縫不斷擴展、地面沉降加劇或水文地質(zhì)條件顯著惡化時，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

本文僅對HP1進行穩(wěn)定性評價。HP1主要位于欣菜坪村、雙塘尾、半崗村丘陵斜坡山谷地段，前緣位于半崗村村前沖溝交匯處，沖溝呈不對稱“V”字形，沖溝流水主要從滑坡兩側(cè)周界流入，包圍了整個滑坡前緣，受流水沖刷，形成了高陡坎，陡坎下方孤石、塊石較多，巖性以砂巖和花崗巖為主。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪和巖土工程勘查，滑坡周界較為清晰，依據(jù)現(xiàn)有的地形地貌和殘存的地表形態(tài)，滑坡體平面面積約為18.13×10 4 m 2 ，滑坡平均厚度為13.0 m，體積約235.69×10 4 m 3 軸長約837 m，整體坡度在 10～15°。屬于厚度為中層的大型土質(zhì)滑坡。

HP1前緣距韓江距離約930 m，滑坡后緣與韓江高差260 m。

滑坡體上房屋墻體開裂與地面下沉加劇，稻田漏水嚴重。另貫穿滑坡中部的水泥硬化公路因為下沉、位移、開裂，已多次重新澆筑，澆筑后不久便又會出現(xiàn)張拉、剪切裂縫。綜上所述滑坡變形跡象，判定滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬

4.1 模型建立及力學(xué)參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)條件以及坡體結(jié)構(gòu)特征，選取代表性地質(zhì)剖面建立有限元模型，采用了Midas/GTS軟件進行數(shù)值模擬。Midas/GTS中提供了多種巖土模型，本文使用彈塑性模型中的莫爾—庫侖準則，屬于彈性—完全塑性的本構(gòu)關(guān)系，即應(yīng)力達到屈服點之前與應(yīng)變成正比關(guān)系，而超過屈服點之后應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系將為水平線。

在綜合考慮邊坡基本特征和地形地貌的情況下，選取剖面4作為HP1的數(shù)值計算驗算剖面，利用Midas/GTS分別建立二維和三維模型進行力學(xué)分析，其對應(yīng)地層參數(shù)按照地勘報告的物理力學(xué)推薦值選取，具體參數(shù)見表1。

4.2 二維計算

在進行網(wǎng)格劃分的時候，采用四邊形加三角形類型，德勞內(nèi)網(wǎng)格劃分法進行網(wǎng)格劃分。剖面網(wǎng)格單元長度為12 m，從而在保證計算高精度的情況下盡量節(jié)約時間 [8] 。

在二維數(shù)值模擬中，約束左右兩側(cè) x 方向位移，模型底部的 XY 方向位移，模型采用強度折減法自動搜索滑動面，各個剖面的網(wǎng)格，如圖1所示。

（1）二維計算工況。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和工程需要，利用Midas/GTS模擬分析時分天然工況、暴雨工況以及天然工況下沿著預(yù)測滑動面的穩(wěn)定性。

天然工況：考慮重力，忽略其他所有作用；暴雨工況：考慮重力與地下水作用。

（2）二維計算結(jié)果。采用強度折減法，MIDASGTSNX會自動搜索滑動面，最終給出最危險的滑動面上的安全系數(shù)。計算預(yù)測滑動面上的穩(wěn)定性需要用SAM計算方法。各工況對應(yīng)云圖分別如圖2～圖6所示。

HP1滑坡體典型剖面4-4’在正常工況下的安全系數(shù)為0.98，從等效塑性應(yīng)變云圖可知，潛在滑動面有7處，均是沿著地表的粉質(zhì)黏土或耕植土，沿著勘測的滑動面作為切線在地表剪出；剖面4-4’在暴雨情況下的安全性系數(shù)為0.81，潛在滑動面位于滑坡中下部粉質(zhì)黏土位置，最大剪切應(yīng)變除了在粉質(zhì)黏土的滑動面位置處，在其他較突出的位置為地表坡度較大的粉質(zhì)黏土與耕植土位置 [9] ；將已知地勘參數(shù)中的滑動面作為潛在滑動面，采用SAM計算方案進行數(shù)值模擬 [10] ，可知在暴雨工況下沿著紅色折線滑動面的安全系數(shù)為0.90，比自動搜索安全系數(shù)要大；

（3）穩(wěn)定性計算結(jié)果匯總。本工程滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分主要依據(jù)（GB/T 32864—2016）《滑坡防治工程勘查規(guī)范》規(guī)定。

二維計算的統(tǒng)計結(jié)果見表2。

由表2可知，在正常工況與既有預(yù)測的滑動面上，邊坡都處于不穩(wěn)定，當在暴雨工況下，HP1滑坡剖面4-4’不穩(wěn)定。

4.3 三維計算

三維計算模型采用MIDAS/GTSNX軟件的地形數(shù)據(jù)生成器與層面助手功能，結(jié)合既有剖面數(shù)據(jù)與BIM模型，對既有滑坡模型進行建模 [11] ；計算工況與二維剖面保持一致，主要計算滑坡在正常工況與暴雨工況下的穩(wěn)定性，地層參數(shù)按照表1中HP1滑坡數(shù)值模擬參數(shù)表選取，如圖7所示。

（1）三維計算結(jié)果。從滑坡HP1的計算云圖8可以看出，HP1 在三維天然工況下的邊坡穩(wěn)定性為0.946，從等效塑性應(yīng)變云圖可以看出，潛在滑動面與推測的滑坡平面范圍比較一致，通過對三維滑坡進行切割可以得到一系列二維的潛在滑動面位置，此位置與HP1的剖面吻合較好，從滑坡計算深度來看，滑動面的底部大致在巖石與土層的交界面位置，從計算剖面也可以看出，在滑坡上緣與坡腳位置的地層參數(shù)均較好。在計算過程中，滑坡區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)了一系列的拉壞區(qū)域，滑體大部分處于塑性破壞區(qū)域，少部分處于卸載再加載區(qū)域 [12] 。

如圖9所示，剖面4-4’在暴雨情況下的安全性系數(shù)為0.841，潛在滑動面位于滑坡中下部粉質(zhì)黏土位置，最大剪切應(yīng)變除了在粉質(zhì)黏土的滑動面位置處，在其他較突出的位置為地表坡度較大的粉質(zhì)黏土與耕植土位置。

（2）穩(wěn)定性計算結(jié)果分析。

結(jié)合三維模型的計算結(jié)果云圖8～圖10可知：天然工況下的邊坡穩(wěn)定性為0.946、暴雨工況穩(wěn)定性0.841，滑坡均為不穩(wěn)定。在三維模型下 [13] ，因為模型本身體量巨大，其滑動趨勢會同時收到多個方向的約束，變量眾多，因此在計算的結(jié)果中比二維稍大 [14] 。

5 結(jié)語

本文通過詳細的地質(zhì)調(diào)查及結(jié)合原有勘察資料，查明了滑坡體的巖層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)特征，建立了較為精準的數(shù)值計算模型，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和Midas/GTS軟件計算結(jié)果得知：

（1）HP1在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)測的滑動面由于整體長度較長，在預(yù)測滑動面上的穩(wěn)定性較差，都是處于不穩(wěn)定狀態(tài)；

（2）HP1滑坡在暴雨（連續(xù)降雨）狀態(tài)下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，并有進一步發(fā)展的趨勢，在巖土體飽水條件下存在引發(fā)更深層滑動的潛勢，在暴雨（連續(xù)降雨）狀態(tài)下，洪雨期間巖土體飽水，存在引發(fā)該滑坡體再次滑動的可能，對滑坡下部村民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅；

（3）軟件計算結(jié)果與現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及勘察資料結(jié)果吻合，且該軟件便捷易操作，說明應(yīng)用Midas/GTS軟件進行邊坡穩(wěn)定性分析是合理的；

（4）本文的分析研究成果對于邊坡的治理方案設(shè)計工作提供了重要數(shù)據(jù)支持和直接的指導(dǎo)作用，建議對該邊坡坡腳采用抗滑樁支擋，坡面采用框架錨索等綜合措施進行加固處理。

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（責(zé)任編輯：張玉平）