眭敏磊，郝青苗，蔣居津，章新榮，劉 戀

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊，江蘇 南京 210041)

0 引言

FLAC3D軟件將強(qiáng)度折減技術(shù)與數(shù)值模擬相結(jié)合，可以在得出邊坡應(yīng)力、位移、塑性區(qū)的同時求得邊坡的危險滑面及安全系數(shù)，可以直觀地得出邊坡的穩(wěn)定性[1-2]。

本文以貴州官莊水電站右岸滑坡體為研究對象，嘗試用FLAC3D強(qiáng)度折減法對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，總結(jié)出一些規(guī)律與認(rèn)識，并與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果比較，探討FLAC3D在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用及關(guān)鍵性問題。

1 計算方法

本文選取ANSYS軟件建立模型，求出計算網(wǎng)格后導(dǎo)入FLAC3D程序，充分利用兩者的優(yōu)點，優(yōu)化分析過程。主要采用強(qiáng)度折減法，通過有限差分軟件FLAC3D對模型進(jìn)行分析計算，得出滑坡體的安全系數(shù)以及應(yīng)力、應(yīng)變、位移等云圖，進(jìn)而對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行有效分析[3-5]。

FLAC3D在計算穩(wěn)定系數(shù)時，單次穩(wěn)定系數(shù)的計算過程主要以數(shù)值計算的收斂性作為失穩(wěn)判斷依據(jù)[6]。

2 工程地質(zhì)概況

官莊水電站工程區(qū)位于貴州省北部，工程區(qū)地貌為溶蝕～侵蝕中山和中低山地貌區(qū)，河流流向總體為南北向。在工程區(qū)右岸存在巨型古滑坡堆積體，左岸分布有轉(zhuǎn)角洞滑坡體。

古滑坡堆積體所在河段河谷為不對稱的“V”型河谷，河谷寬30 m～80 m。右岸總體為順向邊坡，425 m高程(公路)以下自然坡角35°～63°；425 m～700 m高程自然坡角17°～32°，下游側(cè)局部達(dá)到65°～80°；700 m高程以上轉(zhuǎn)為陡壁、峻坡地形，高差70 m～110 m；陡壁之上地形坡度又有所變緩，坡度28°～41°。

古滑坡堆積體順河長400 m～1 000 m，橫河寬620 m～780 m，前緣臨河，后緣高程670 m～760 m。上游側(cè)470 m高程以下地形坡度42°～44°，470 m～475 m高程地形平緩，為一臺地，475 m～620 m高程地形坡度22°～33°，620 m～640 m高程地形坡度又變緩至5°，640 m以上高程至后緣灰?guī)r陡壁地形坡度變?yōu)?2°～36°；下游側(cè)地形坡度總體24°左右。地質(zhì)平面示意圖見圖1。

3 FLAC3D數(shù)值模擬及參數(shù)選取

模型邊坡的主滑方向為S35.5°W，走向S54.5°E。模型以主滑方向的反方向為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，走向NE為Z軸正方向。Y軸采用實際高程，建立直角坐標(biāo)系，按照滑坡體形態(tài)，利用Surfer，ANSYS，F(xiàn)LAC3D等軟件建立三維坡體模型(見圖2)。

根據(jù)現(xiàn)場提供的地質(zhì)資料，滑坡體模型選取了19個剖面，模型自下向上分為3個組，分別是底層的P1m2深灰中厚層至塊狀生物碎屑灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r，中間的夾層及上部的碎塊石土、巨石塊石堆積。在模型上表現(xiàn)為6個部分，分別為：1，2，3部分的基巖，4為巨石塊石堆積，5為碎塊巨石，6為基巖。

計算所采用參數(shù)見表1。

表1 滑坡堆積體三維數(shù)值計算參數(shù)表

4 計算結(jié)果

根據(jù)工程實際需求分別對6種工況進(jìn)行計算，結(jié)果見表2。

表2 6種工況下滑坡體計算結(jié)果統(tǒng)計表

計算結(jié)果可見除暴雨工況外，坡體穩(wěn)定系數(shù)均大于1.3，而暴雨工況下，安全系數(shù)低于1.3，本文取蓄水前暴雨+洪峰水位工況進(jìn)行分析。

4.1 主應(yīng)力場規(guī)律分析

計算表明，暴雨、洪峰水位時滑坡體較為平滑，為層狀分布，并在坡腳高程約400 m處出現(xiàn)應(yīng)力集中效應(yīng)，對穩(wěn)定性不利。從剖面Z=250 m和剖面Z=750 m的應(yīng)力分布圖(如圖3，圖4所示)可見，剖面周邊最大主應(yīng)力為壓應(yīng)力，基本順坡面方向延伸至坡腳。邊坡內(nèi)部最大主應(yīng)力方向與水平軸的夾角逐步變大至鉛直；巖土分界面附近區(qū)域的最大主應(yīng)力方向變化大且迅速，但并未影響主應(yīng)力分布的總體走勢，表明邊坡深部土體主要受鉛垂方向的壓應(yīng)力作用，體現(xiàn)為受壓屈服。

4.2 塑性區(qū)規(guī)律分析

整體上塑性區(qū)分布范圍較為有限(見圖5)。塑性區(qū)主要集中在坡體表面堆積體坡腳較陡處，淺色區(qū)域代表坡體處于剪切屈服狀態(tài)，深色區(qū)域代表坡體處于拉張屈服狀態(tài)，整個塑性區(qū)面積大約占邊坡表面積的1/3。根據(jù)計算結(jié)果，坡體其他部分未處于屈服狀態(tài)，整體穩(wěn)定性較好。

4.3 剪切應(yīng)變及穩(wěn)定系數(shù)分析

計算表明，暴雨、洪峰水位時Ⅱ區(qū)滑坡的整體安全系數(shù)Fs為1.21，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。數(shù)值計算分析可得，坡體的左側(cè)碎石塊石堆積處以及后緣較陡處可能處于失穩(wěn)狀態(tài)。速度矢量基本平行于坡面向下，主要集中在坡腳右側(cè)的單元內(nèi)，可能發(fā)生剪切破壞。剪切應(yīng)變主要集中在坡腳右側(cè)隆起處及坡體后緣夾層附近(如圖6，圖7所示)，為坡體最有可能發(fā)生破壞的部位，該處地形較陡，坡體可能在該處沿土層內(nèi)部局部滑弧滑動或者坍塌[7]。

4.4 位移規(guī)律分析

計算結(jié)果表明：相對于其他工況，暴雨+洪峰水位工況下滑坡體位移明顯增大，坡體變形主要限于堆積體中、下部區(qū)域。Y方向位移總體表現(xiàn)為下沉，最大下沉區(qū)與X方向最大位移區(qū)一致(如圖8所示)。出現(xiàn)局部最大沉降的區(qū)域位于滑坡坡體右后邊緣處，整體面積較??；X方向局部最大位移出現(xiàn)區(qū)域與Y方向局部最大沉降區(qū)一致，坡體其他部位的X方向位移量值都較小(如圖9所示)。坡體最大變形區(qū)位置與塑性區(qū)位置及速度位移矢量計算結(jié)果相吻合。

5 結(jié)語

1)計算表明，天然狀態(tài)下滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)果與現(xiàn)場地質(zhì)踏勘相對應(yīng)，模型建立及參數(shù)取值是正確可靠的。

2)在蓄水前，最大水平位移區(qū)在堆積體中部上游段；在蓄水后，最大水平位移區(qū)在堆積體坡腳上游段，而最大豎直位移區(qū)在滑坡體的上游段，蓄水對其基本沒有影響。

3)主應(yīng)力基本為層狀分布，以壓應(yīng)力為主。

4)塑性區(qū)主要集中在坡體靠近上下游邊界附近，沒有在坡體內(nèi)形成連續(xù)的貫通區(qū)，坡體整體穩(wěn)定。

5)剪應(yīng)力集中帶與塑性區(qū)分布位置基本吻合。

6)根據(jù)計算結(jié)果，滑坡體在所取工況下坡體穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。