某滑坡破坏机理分析及稳定性数值摸拟

余伟 1 , 刘显辉 2

摘 要：滑坡地质灾害对于高速公路的修建具有重大的安全隐患，若发生滑坡事故将会带来巨大的人身和财产损失。以四川某滑坡为例，根据对滑坡区详细勘察分析的基础上，分析了滑坡的破坏机理，并利用FLAC3D软件进行了暴雨作用下三维稳定性数值模拟分析，为当地滑坡治理提供参考。

关键词：滑坡；稳定性；破坏机理；暴雨；数值模拟

中图分类号：U445 文献标识码：A

在外部自然条件作用下，稳定边坡有可能突然变得不稳定而造成失稳滑动，小则形成局部塌方，大则形成滑坡事故，造成严重的安全隐患。代雪等^[4]以某场地高填方边坡和直立边坡为研究对象,采用M-P法、Bishop法和强度折减法进行边坡稳定分析。武博强等^[5]以内蒙古经乌高速K91+768-K91+798左侧风积沙路堑高边坡为研究对象,基于极限平衡法对置换法的计算准确性进行了研究。王蛟^[6]基于Flac-3D有限元软件强度折减法计算滑坡天然及饱和工况下的稳定性系数。通过对比分析两种工况下塑性区及剪应变增量带的分布情况,揭示滑坡的变形破坏机制。尽管目前针对边坡稳定性及滑坡失稳机理已有相关研究，但由于工程地质条件对于滑坡失稳具有较大影响，不同环境下滑坡失稳机理不尽相同，为此，本文以四川某滑坡稳定性分析为案例，基于当地工程地质条件，研究分析滑坡失稳破坏机理，并利用三维数值模拟软件进行稳定性分析，为支护加固措施提供指导。

1 工程概况

据现场调查及实地测量，某滑坡平面形态呈长条形，滑体长650～800m，横向宽200～270m，平均厚38m，面积约0.14k㎡，体积方量约550.14×10⁴m³，主滑方向为109°，滑坡前缘2475m，后缘2732m，总体坡度20°。滑床为强风化泥岩，滑坡后壁高46m～57m，平均坡度约40°，呈圈椅状，滑壁平直，表层覆盖少量残坡积土。前缘经后期人工改造，基本被破坏。综上所述滑坡为大型泥岩切层滑坡，属推移式滑坡。

2 滑坡破坏机理分析

滑坡后壁及前缘坡度较陡，局部处于直立状态，为滑坡不稳定提供了地形条件；滑坡坡脚开挖使坡体形态发生改变，为滑坡滑动提供了空间条件。滑坡坡度陡立、高差大，导致坡体重力分解力自身沿坡面方向大于抗滑力，形成滑动面（带），地层岩性强度低，使得坡体自身抗滑能力降低，在降雨的作用下滑动面经雨水浸泡，滑动面附近岩土体抗剪强度降低，雨水的浸泡、浸润对滑动面上的土体还产生一定的润滑作用，加快滑坡的发生；坡脚位置被当地居民开挖非常严重，滑坡坡脚支撑力不断降低，坡体整体稳定性降低。坡体目前持续的发生蠕动变形，如果不对滑坡进行治理，任其发展，最终导致滑坡沿滑动面（带）发生滑动。滑坡坡度较陡，局部处于直立状态，滑体坡面裂缝、落水洞及冲沟等变形特征发育较多，在降雨等外因作用下雨水由裂缝渗入滑体，滑体经雨水浸泡，自身抗剪强度降低，易形成滑坡灾害。

3 数值模拟法稳定性评价

3.1 有限元模型建立

为方便建模型，用SURFER处理等高线后导入ANSYS中生成地表坡面，然后用ANSYS软件建立三维地质模型，划分好网格后导入FLAC3D中计算。ANSYS建好的三维模型见图1。划分网格后的模型总计26034个节点，125766个单元。

图1 滑坡ANSYS计算模型

3.3 暴雨工况下滑坡变形特征分析

（1）主应力分析

在岩体分界线部位，出现明显的应力集中现象，滑坡次次级滑坡压应力集中值高达2.39Mpa，在坡体上部的拉应力区在增大，并且拉应力的值也有所增大，最大拉应力值达到0.92Mpa。并且在滑坡次次级滑坡内部的岩层界面及勘察滑面附近出现较大的拉压应力的集中现象。结合中滑坡次次级滑坡主应力和最小主应力的分布情况，拉应力的范围和数值都在增大，在滑坡内部的滑动带附近出现较大的拉应力的集中现象。

（2）位移分析

暴雨工况下，滑坡次次级滑坡的位移变化最大，最大位移值达到2.838m。相比而言，滑坡次级变形位移较小，未有明显的位移发生。

（3）应变分析

剪切位移的最大值发生在滑坡次次级滑坡坡体内部的滑面附近，在岩体分界部位也出现了较大的剪应变增量值，滑坡次次级滑坡最大剪应变增量值为0.056Mpa，整体上坡体内部的剪切位移主要发生在坡体的变形体内部，特别是在滑带区域和岩体分界部位。

总体来说，暴雨作用下滑坡的变形破坏以滑坡次次级滑坡的最为明显，其最大位移值达到2.838m，出现在滑坡次次级滑坡滑面及岩层界面附近区域。上述计算结果，说明暴雨对滑坡次次级滑坡滑带的岩体强度的弱化作用非常明显，直接导致坡体出现强烈变形现象。

4 结论

本文对四川某滑坡的破坏机理进行分析，并采用三维数值模拟软件对边坡稳定性进行分析。发现暴雨工况下，滑坡坡体变形区内均有较大破坏存在，但主要集中在滑坡次次级滑坡坡体的滑面及岩体界面附近区内，并在滑带区内形成贯通的剪切破坏区，暴雨作用对滑坡坡体的变形破坏影响较大。建议禁止在滑坡区尤其是滑坡前缘随意开挖等活动，同时应规范滑坡区上的用水排放，严禁直接排向滑坡体。鉴于滑坡危害的严重性，建议尽快实施治理工程施工，尽快实现治理滑坡，消除隐患的目标。

参考文献

1. 代雪,张家明.某场地边坡稳定分析方法的比较研究[J].中国安全生产科学技术,2021,17(11):119-124.

2. 武博强,刘青,杨德宏,王勇,苏卫卫.公路土质边坡注浆加固稳定性研究[J].公路交通科技,2021,38(11):45-51+87.

3. 王蛟,胡卸文,何坤,曹希超.基于Flac-3D的盐源县玻璃村滑坡变形破坏机理数值模拟[J].地质灾害与环境保护,2021,32(03):11-17.