鎮(zhèn)安縣水泥廠后滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

李宏陽，張曉明

(西北有色勘測工程公司)

1 地層及巖土體特征

地層以泥盆系絹云母千枚巖、炭質(zhì)千枚巖夾灰?guī)r為主，坡體西北部陡崖處出露斷層角礫巖，上覆厚4.6～18.4 m不等的第四系殘坡積及人工堆積之松散堆積物，各層工程地質(zhì)性質(zhì)及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 各層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

(1)素填土(Q4ml):層厚1～5.7 m，褐黃—灰褐—灰黑色，成分以含碎石粉質(zhì)粘土、炭質(zhì)千枚巖全風(fēng)化物為主，成份雜亂，均勻性差，稍濕—潮濕，稍密。

(2)含碎石粉質(zhì)粘土(Qel-dl):分布于坡體表部，厚4.6～8 m，褐黃—灰黃—灰褐色，含較多千枚巖碎片，偶見灰?guī)r顆粒，稍濕—飽和，松散，堅硬—軟塑。

(3)粉質(zhì)粘土(Qel-dl):呈透鏡體狀分布于②層中，見于坡體的中下部，厚0～5.4 m，淺灰黑—灰黑色，潮濕—飽和，硬塑—可塑。

(4)斷層角礫巖:分布于坡體的西北部，出露部分形成陡坎，褐黃色—雜色—灰色，顆粒成份以灰?guī)r、千枚巖為主，碎裂巖石化及泥化作用明顯，巖芯呈碎石土狀，屬強(qiáng)風(fēng)化。

(5)炭質(zhì)千枚巖:灰黑—黑色，大部分礦物風(fēng)化變質(zhì)，原巖組織結(jié)構(gòu)已基本破壞，巖芯呈土狀、碎石土狀，偶見灰?guī)r顆粒及方解石粉末，屬全風(fēng)化。遇水易軟化，抗風(fēng)化能力差，屬極軟巖。

2 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

2.1 滑坡變形破壞特征及發(fā)展趨勢

滑坡坡體上出現(xiàn)數(shù)十條裂縫，裂縫沿坡面呈弧形分布，長數(shù)米至數(shù)十米不等，縫寬1～30 cm不等，局部下錯呈0.20 ～1.2 m的陡坎;坡體表面發(fā)育兩個小滑坡(H1、H2)，其中H1滑坡位于滑坡后緣東側(cè)周界附近，圈椅狀形態(tài)明顯，平面形態(tài)呈長條狀，后壁坎高2～3 m，前部坎高1 m，長約16 m，寬約12 m，滑體物質(zhì)為含碎石粉質(zhì)粘土，厚1～2 m，滑體中部有泉水滲出，沿滑體兩側(cè)可見3～5 mm的拉張裂縫。H2滑坡分布于滑體前緣2-2'附近，長約6 m，寬約22 m，厚約2～3 m，地表形態(tài)呈簸箕狀，圈椅狀形態(tài)明顯，后緣形成高1～2 m的陡坎，滑體土成分為含碎石粉質(zhì)粘土，滑床為灰黑色粉質(zhì)粘土。目前滑坡周界整體不太明顯，尚處于蠕動變形階段。坡體表面拉張裂縫發(fā)育，滑體后緣有泉水滲出，滑體中局部有地下水分布。在天然狀態(tài)下，滑體整體處于極限平衡狀態(tài)，遇連陰雨等會加速蠕動變形，滑體在飽和狀態(tài)下穩(wěn)定性差，有整體失穩(wěn)的可能。

2.2 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)即粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ根據(jù)測試成果、反分析并結(jié)合巖土野外特征綜合確定。鎮(zhèn)安水泥廠后滑坡尚處于蠕動變形階段，尚未形成明鮮的滑動，故在計算滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力時，采用了滑面土的快剪強(qiáng)度指標(biāo):

天然狀態(tài):②層粘聚力 C=17.8 kPa，內(nèi)摩擦角 φ=19.6°，③層粘聚力 C=22 kPa，內(nèi)摩擦角 φ =13°;

飽和狀態(tài):②層粘聚力 C=11.1 kPa，內(nèi)摩擦角 φ=12.6°，③層粘聚力 C=7.3 kPa，內(nèi)摩擦角 φ =12°。

滑體土重計算參數(shù):

天然狀態(tài):取②層含碎石粉質(zhì)粘土的采用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)18.1 kN/m3;

飽和狀態(tài):?、趯雍槭圪|(zhì)粘土重塑土飽和容重統(tǒng)計指標(biāo) 20.7 kN/m3。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的規(guī)定，穩(wěn)定系數(shù)Fs＜1為不穩(wěn)定，1≤Fs≤1.05 為欠穩(wěn)定，1.05≤Fs＜1.15 為基本穩(wěn)定，F(xiàn)s≥1.15 為穩(wěn)定。

據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果，見表2，天然狀態(tài)下1-1剖面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，1-1'、1-2處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，2-2'、2-2處于穩(wěn)定狀態(tài)，其余剖面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。飽和狀態(tài)下除2-2處于欠穩(wěn)定狀態(tài)外，其余部面均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此滑坡在天然狀態(tài)下整體處于穩(wěn)定狀態(tài)或欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于不穩(wěn)定狀態(tài);飽水條件下坡體整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡整體失穩(wěn)的可能性大。

表2 滑坡穩(wěn)定性驗算結(jié)果

3 滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

3.1 數(shù)值模擬分析方案設(shè)計

據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果，滑坡在天然狀態(tài)下整體處于穩(wěn)定狀態(tài)或欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于不穩(wěn)定狀態(tài);飽水條件下坡體整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡整體失穩(wěn)的可能性大。選取2-2'地質(zhì)剖面作為模擬對象，利用FLAC3D軟件重點研究滑坡在飽水狀態(tài)下的變形破壞規(guī)律。模擬所采用的巖層物理力學(xué)參數(shù)，主要來源于室內(nèi)試驗見表3，并參考了該地區(qū)其他實驗資料。為與極限平衡法得到的結(jié)果相比較，盡量采用與計算方法一致的邊界條件和初始條件。同時，利用軟件自帶的強(qiáng)度折減法可以得到滑坡的穩(wěn)定系數(shù)。

表3 數(shù)值模擬各層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

在飽和狀態(tài)下，滑坡穩(wěn)定性大為降低。根據(jù)計算結(jié)果顯示，當(dāng)滑坡處于飽水狀態(tài)時，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs只有0.95，與極限平衡法計算得到的結(jié)果基本一致，表明此時滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時分析此時滑坡的位移狀態(tài)，滑坡最大垂直位移下降了18 m，見圖1，而最大水平位移達(dá)到28 m，見圖2。據(jù)此表明，在這種狀態(tài)下，滑坡已經(jīng)失穩(wěn)，并且已經(jīng)向前滑動了較大距離。從位移圖上同時可以看出，滑坡滑動面基本上位于滑坡的中下部位，與修建公路削坡有很大關(guān)系。因而在進(jìn)行該滑坡治理時，需要在公路邊坡處采用抗滑樁或是抗滑樁加擋墻綜合治理的措施。由于滑面下伏巖層為炭質(zhì)千枚巖，該層巖石全風(fēng)化，原巖組織結(jié)構(gòu)已基本破壞，遇水易軟化，抗風(fēng)化能力差，屬極軟巖，因此抗滑樁必須深入到該層以下，才能保證該滑坡能夠得到有效的加固。

4 結(jié)論

(1)鎮(zhèn)安縣水泥廠后滑坡地層以泥盆系全風(fēng)化炭質(zhì)千枚巖為主，上覆第四系殘坡積及人工堆積之松散堆積物，在天然狀態(tài)下，滑體整體處于極限平衡狀態(tài)，遇連陰雨等會加速蠕動變形，滑體在飽和狀態(tài)下穩(wěn)定性差，有整體失穩(wěn)的可能。

圖1 滑坡垂直位移圖

圖2 滑坡水平位移圖

(2)極限平衡法計算結(jié)果表明，天然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)0.97≤Fs≤1.33，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)或欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于不穩(wěn)定狀態(tài);飽水條件下0.86≤Fs≤1.02，坡體整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)滑坡處于飽水狀態(tài)時，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs只有0.95，滑坡滑動面基本上位于滑坡的中下部位，與修建公路削坡有很大關(guān)系。因而在進(jìn)行該滑坡治理時，需要在公路邊坡處進(jìn)行抗滑樁或是抗滑樁加擋墻綜合治理的措施。

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［1］鄭穎人，趙尚毅.邊(滑)坡工程設(shè)計中安全系數(shù)的討論［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(9):1937-1940.

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