尹穎 季超

江蘇協(xié)優(yōu)工程設(shè)計有限公司 江蘇無錫 214000

崩塌是指巖塊或土體在自身重力或外力作用下失穩(wěn)后突然崩落的現(xiàn)象，巖塊或土體作為崩塌體順坡猛烈翻滾、跳躍并相互碰撞，最后在坡底堆積，形成崩塌堆積體[1]。在研究崩塌體的過程中，面臨的最主要問題是崩塌體邊坡的穩(wěn)定性問題，這與人類的各種活動息息相關(guān)，在人類的發(fā)展歷史中，與人類的關(guān)系有對立，有統(tǒng)一，因此是人們的生產(chǎn)生活中相當(dāng)重要的工程地質(zhì)問題。國外對于堆積體成因的研究開展的比較早，F(xiàn)olk和Ward早在1957年就運(yùn)用粒度統(tǒng)計參數(shù)其中包括平均值、偏態(tài)、峰態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)差等來得出堆積物的形成環(huán)境，大致形成的年代，分析出沉積物成因，1986年Landim和Frakes[3]用粒度參數(shù)結(jié)對作圖的方法對冰水堆積物，沖出沉積物及泥石流堆積物進(jìn)行了區(qū)分。國內(nèi)黃梁坡滑坡受“5.12”汶川大地震影響，變形加劇，裂縫變長加寬，道路塌滑阻礙通行，滑坡的邊界特征更加明顯，陳浩[2]等人分析了此崩塌堆積體的工程地質(zhì)條件包括地形地貌，巖層產(chǎn)狀，崩塌堆積體的體積，該崩塌堆積體受到地震及其余震的作用力，后緣已經(jīng)形成拉裂縫及錯落，前緣出現(xiàn)剪脹，局部有垮塌，崩落，在降雨地震等不利因素的影響下坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。本文通過離散元程序UDEC對某一邊坡崩塌體進(jìn)行了崩塌過程模擬，對不同部位崩塌體的位移進(jìn)行了分析，以期了解其位移特征。

1 崩塌體位移分析

本章采用UDEC來模擬某一巖質(zhì)邊坡表層破碎松動體的崩塌過程，并對不同部位崩塌體的位移特征進(jìn)行對比分析。

模型建立與參數(shù)取值。本離散元計算模型采用邊坡縱剖面建立，具體模型見圖1。豎直向上為Y軸正向，滑坡主滑方向為X軸負(fù)向，模型左右以及底邊界均采用固定約束。模型采用三角形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為適應(yīng)坡表的復(fù)雜起伏狀況，在靠近坡表部分對網(wǎng)格進(jìn)行適當(dāng)細(xì)化。模型假定邊坡巖體應(yīng)力、應(yīng)變之間的本構(gòu)關(guān)系為彈塑性，巖體的破壞服從摩爾-庫侖準(zhǔn)則。為了對崩塌體各部位的運(yùn)動和受力狀態(tài)進(jìn)行研究分析，選擇6個典型點(diǎn)進(jìn)行位移監(jiān)測，其中1-3點(diǎn)位于堆積體表面，4-6點(diǎn)位于破碎松動體內(nèi)，如圖1所示。

各巖土體的主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 UDEC計算模型

表1 崩塌體主要物理力學(xué)參數(shù)取值

2 計算結(jié)果分析

圖2和圖3分別為自然工況下邊坡X和Y向的位移云圖。可以看出，邊坡兩個方向的位移在邊坡后緣相對較大，向邊坡前緣逐漸減小。X向最大位移位于邊坡后緣表層堆積體，達(dá)19cm，向坡內(nèi)遞減；Y向位移在自重影響下產(chǎn)生部位相對X向較廣，但是最大位移產(chǎn)生位置基本不變，數(shù)值上稍小，為17cm。

總體來說X向位移主要集中于邊坡后緣表層堆積體，Y向位移由于受重力影響較明顯，產(chǎn)生位移范圍較廣，在破碎松動體內(nèi)仍有一定位移產(chǎn)生。兩者的變化規(guī)律基本一致，都是由邊坡后緣表面向邊坡前緣和坡內(nèi)逐漸減小。

圖2 X向位移云圖（cm）

圖3 Y向位移云圖（cm）

圖4和圖5則通過6個監(jiān)測點(diǎn)的位移曲線對比圖更直觀地給出了邊坡各部位的位移。從圖中可以得出以下結(jié)論：對于同一巖土層來說，即位于堆積體的1、2、3點(diǎn)和位于破碎松動體的4、5、6點(diǎn)，X向位移和Y向位移均由邊坡后緣向邊坡前緣遞減，表示為X1＞X2＞X3、Y1＞Y2＞Y3 以及 X4＞X5＞X6、Y4＞Y5＞Y6；對同一邊坡位置來說，X向位移和Y向位移均由坡表向坡內(nèi)遞減，表示為X1＞X4、X2＞X5、X3＞X6 以及 Y1＞Y4、Y2＞Y5、Y3＞Y6。這里將各層巖土體分別看做整體，堆積體物理力學(xué)性質(zhì)較差，多為松散狀態(tài)，壓縮性較高，在自重作用下邊坡后緣有臨空條件的部位位移較大，破碎松動體則物理力學(xué)性質(zhì)相對較好，受周圍巖土體的限制，位移較小?？梢钥闯鲞吰潞缶墘K體具有運(yùn)動速度快、位移大的特點(diǎn)，表明邊坡后緣為相對不穩(wěn)定體[3]。

圖6為邊坡位移矢量圖，顯然堆積體和破碎松動體的位移要遠(yuǎn)大于基巖，同時離坡表近的部位位移主要沿坡面向下，邊坡內(nèi)部則由于自重影響更明顯，加上水平運(yùn)動受到一定限制，位移基本以豎直方向為主。

圖4 監(jiān)測點(diǎn)X向位移對比圖

圖5 監(jiān)測點(diǎn)Y向位移對比圖

3 結(jié)語

本文通過UDEC對自然工況下邊坡崩塌體不同部位的位移模式進(jìn)行了研究分析，結(jié)果表明：邊坡產(chǎn)生位移的地方主要集中在堆積體和破碎松動體中，分布規(guī)律為堆積體位移大于破碎松動體位移，邊坡后緣位移大于邊坡前緣位移，位移最大值出現(xiàn)在邊坡后緣臨空面較好的堆積體中，邊坡位移方向由坡表向坡內(nèi)變化規(guī)律為沿順坡面向逐漸向邊坡內(nèi)部豎直向變化。

圖6 邊坡位移矢量圖

本次模擬僅針對自然工況，對于降雨、地震等工況對邊坡崩塌體位移的影響將在今后的工作中進(jìn)一步開展。