王寅冬

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130031

0 引言

滑坡是主要地質(zhì)災(zāi)害類型之一，其誘發(fā)與人類工程活動(dòng)密切相關(guān)。近些年來(lái)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，人類對(duì)地球空間的開發(fā)和利用活動(dòng)日益擴(kuò)大，滑坡作為邊坡可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題已經(jīng)成為影響人類生產(chǎn)生活的重要問(wèn)題之一。本文以延吉市鐵南新豐磚廠滑坡地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象，根據(jù)實(shí)際布置了物探工程、鉆探工程，建立邊坡力學(xué)模型，對(duì)不同破壞類型的破壞機(jī)制進(jìn)行分析，進(jìn)而建立邊坡穩(wěn)定性研究的三維數(shù)學(xué)模型，確定臨界滑坡面，得出最大位移所在位置。

1 滑坡概況與成因機(jī)制

1.1 滑坡工程地質(zhì)概況

滑坡所處區(qū)域地形地貌為丘陵陡坡、地層巖性為龍井組砂巖、水文地質(zhì)條件較好、工程地質(zhì)條件一般、人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬?gòu)?fù)雜。

1.2 滑坡概況

滑坡所處邊坡是由于人類工程活動(dòng)遺留的不穩(wěn)定斜坡。坡腳處有水泥道路通過(guò)，坡頂處有土路通過(guò)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，見(jiàn)圖1，斜坡坡度27°～53°，坡向75°～82°，坡寬950 m，坡高4～38 m，坡腳處高程218.07～244.30 m，坡頂處高程220.61～267.85 m。坡頂處不穩(wěn)定巖土體預(yù)測(cè)體積約為8×104m3。目前坡體坡面巖土體沿軟弱基座蠕滑，在坡頂處出現(xiàn)了一組拉裂縫，該組裂縫由約6條裂縫組成，裂縫展布方向?yàn)?56°～164°，長(zhǎng)62～104 m，寬0.25～0.50 m，可見(jiàn)深度為0.60～0.80 m，裂縫兩側(cè)已出現(xiàn)錯(cuò)高距，錯(cuò)高0.2～0.3 m。坡頂處多為旱地，較平緩。坡面由于淺表層滑坡的發(fā)育，坡面溝壑縱橫，形成兩級(jí)臺(tái)階，坡面雜草叢生。中段坡體人工切坡、巖石風(fēng)化嚴(yán)重，使坡頂巖土體向下滑動(dòng)，坡體后緣形成多級(jí)臺(tái)階，坡寬約為280 m；北段和南段坡體較完整，坡高相對(duì)較低。

圖1 滑坡地段工程平面分布圖Fig.1 Engineer plan of landslide section

1.3 滑坡成因機(jī)制

滑坡的發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果，可分為內(nèi)因與外因兩大因素，其內(nèi)因主要為場(chǎng)區(qū)的地層巖性及巖土的物理力學(xué)性質(zhì)。外因主要為降雨、人類工程活動(dòng)等引發(fā)因素[1-2]。

氣象：勘查區(qū)降雨多集中到6至9月份，該時(shí)段瞬時(shí)降水量大，地下水在這個(gè)時(shí)期較為豐沛，為滑坡形成提供了良好的“潤(rùn)滑劑”。

地形地貌：自然坡度較陡，廠區(qū)建設(shè)等工程活動(dòng)形成的人工邊坡坡度在27°～53°，切坡面巖土體大部分裸露，且斜坡面沒(méi)有完善的排水系統(tǒng)，大氣降水隨坡面排放，為巖土體的崩落提供了臨空條件。

地層巖性：不穩(wěn)定斜坡體表層為人工填土、坡殘積土及全風(fēng)化泥巖砂巖組成，土體結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，抗沖刷能力弱，透水性強(qiáng)，易軟化，在遭遇強(qiáng)降雨后，雨水入滲土體，由于上部人工填土、坡殘積土及全風(fēng)化泥巖和下伏強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖滲透性的差異，水在土巖接觸面處受阻、滯留，使得上部土體軟化、飽和，土的強(qiáng)度降低，重度增加，在自身重力作用下沿著巖土接觸臨空面向下發(fā)生崩滑。

人類工程活動(dòng)：由于人工切削坡腳，使坡體的穩(wěn)定性降低，同時(shí)坡頂植被遭到嚴(yán)重破壞，原有樹木均遭到砍伐，開墾為旱地，每逢暴雨季節(jié)，坡面徑流沿裂縫進(jìn)入坡體內(nèi)部，在水的作用下軟弱巖層逐漸軟化，蠕變現(xiàn)象加劇，坡頂裂縫逐漸加寬，在惡性循環(huán)中坡體的穩(wěn)定性繼續(xù)降低，并每年都會(huì)發(fā)生巖土體滑落現(xiàn)象。

2 投入的勘查工程

為了查明不穩(wěn)定邊坡中部滑坡區(qū)域的分布范圍，估算滑動(dòng)面的深度，先后投入了物探與鉆探工作。

2.1 物探

物探采用高密度電阻率法測(cè)量，在不穩(wěn)定邊坡發(fā)生滑動(dòng)較嚴(yán)重的區(qū)域分別布設(shè)兩條相互垂直的測(cè)量剖面，點(diǎn)距5 m，剖面總長(zhǎng)度共450 m。其中WT-01剖面，方向N175°，測(cè)量電極60道，點(diǎn)距5 m，長(zhǎng)度300 m；WT-02剖面，方向N85°，測(cè)量電極30道，點(diǎn)距5 m，長(zhǎng)度150 m。物探成果圖見(jiàn)圖2、圖3。大致推斷圖中紅色虛線為滑動(dòng)面位置，滑動(dòng)面始于剖面85 m附近，止于坡底，長(zhǎng)度約60 m，滑體的平均厚度約為5～10 m。

圖2 WT-01剖面高密度電法反演成果圖Fig.2 Inversion results of high-density electrical method in Section WT-01

圖3 WT-02剖面高密度電法反演成果圖Fig.3 Inversion results of high-density electrical method in Section WT-02

2.2 鉆探

鉆探工作共布設(shè)2條鉆探勘探線，分別為沿滑坡滑動(dòng)方向和與之垂直方向，5個(gè)鉆孔，分別位于滑坡體前緣、后緣及兩翼。

結(jié)合鉆孔資料，可知坡腳處雜填土厚度為1.0 m，全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖3.5 m，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖8.0 m；坡頂處耕土0.5 m，全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖6.5 m，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖5.5 m。

2.3 小結(jié)

經(jīng)野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查滑坡工程地質(zhì)概況，整理勘查工作成果，分析滑坡成因機(jī)制，綜合評(píng)定預(yù)測(cè)滑動(dòng)面主要位于全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖接觸部位，該結(jié)果有待利用軟件進(jìn)一步認(rèn)證并分析其穩(wěn)定性[3]。

3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)選取

本次數(shù)值模擬計(jì)算所選取的巖土體力學(xué)參數(shù)由前期勘察和參考類似條件下，相同巖體的巖土體的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定。由于滑坡體在不同外力影響下，其穩(wěn)定性受相當(dāng)程度影響，其中暴雨是誘發(fā)滑坡產(chǎn)生的最有力的外在因素，故選取一般工況和暴雨工況兩種情況下進(jìn)行數(shù)值模擬研究[4-5]。

3.2 模型建立

根據(jù)滑坡規(guī)模，參考前期勘察資料，本次計(jì)算選取滑坡主位移方向的剖面進(jìn)行簡(jiǎn)化處理建立二維模型，以巖性界面為分區(qū)邊界分層概化[6]。

(1)建立計(jì)算模型時(shí)，以滑坡位移方向?yàn)閄軸，滑坡水平方向?yàn)閅軸。

(2)計(jì)算采用比較常見(jiàn)的彈塑性模型，屈服準(zhǔn)則為摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則，模型采用的巖土體特征參數(shù)主要有密度、黏聚力、內(nèi)摩擦角、體積模量、剪切模量。

(3)初始條件中，未考慮構(gòu)造應(yīng)力，僅考慮自重產(chǎn)生的初始地應(yīng)力場(chǎng)。

(4)根據(jù)前期勘察資料，本區(qū)地下水位在滑動(dòng)面以下，故計(jì)算時(shí)，巖土體強(qiáng)度在一般工況下取天然強(qiáng)度，暴雨工況下取飽和強(qiáng)度。

(5)由于本次計(jì)算主要是分析滑坡在重力作用下的失穩(wěn)變形情況，故模型中未施加水平構(gòu)造應(yīng)力，對(duì)模型兩側(cè)邊緣邊界采用單向水平約束，對(duì)模型底部邊界采用固定約束，令模型頂部即剖面為自由邊界。

3.3 結(jié)果分析

選取垂直滑動(dòng)面的主剖面進(jìn)行結(jié)果分析研究。

從圖4結(jié)果可以看出，本次計(jì)算選用的剖面在一般工況條件下的安全系數(shù)在1.02～1.15之間。根據(jù)安全系數(shù)的定義可以判斷本次計(jì)算所選取的剖面，處于穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，在坡腳處，存在小面積危險(xiǎn)區(qū)域(橘紅色)，一旦外界條件稍有變化，這些邊坡就會(huì)有發(fā)生破壞的可能。

圖4 I剖面一般工況下位移云圖Fig.4 Displacement nephogram of Section I in the general working conditions

當(dāng)在暴雨工況情況下，從圖5的結(jié)果可以看出，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)在0.95～0.98之間，大位移橘紅色區(qū)域在邊坡表面大量分布，這表明邊坡處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，坡體陡坎及坡面、前緣發(fā)生水平方向的滑動(dòng)變形，變形部位較淺，通過(guò)觀察其位移特征，位移沿全風(fēng)化層與強(qiáng)風(fēng)化層的分界面微弱貫通，這與前期勘查推測(cè)滑動(dòng)面位置基本吻合。

圖5 I剖面暴雨工況下位移云圖Fig.5 Displacement nephogram of Section I in the rainstorm conditions

通過(guò)對(duì)吉林省延吉市鐵南新豐磚廠滑坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析可知，該滑坡在一般工況即天然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，穩(wěn)定性較差；在暴雨工況下是欠穩(wěn)定的，暴雨的作用導(dǎo)致滑坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo)減低，進(jìn)一步弱化了滑動(dòng)帶巖土體的強(qiáng)度指標(biāo)，從而誘發(fā)了坡體局部的滑動(dòng)失穩(wěn)。

3.4 小結(jié)

使用FLAC軟件進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析，對(duì)邊坡的安全系數(shù)、滑動(dòng)面的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，其評(píng)價(jià)結(jié)果是合理、可行的。該方法有效克服了傳統(tǒng)方法的不足，且計(jì)算簡(jiǎn)單、直觀。

4 結(jié)論

本文以延吉市鐵南新豐磚廠滑坡穩(wěn)定性分析項(xiàng)目為依托，選取其中的主剖面為研究對(duì)象，通過(guò)FLAC構(gòu)建模型，對(duì)邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行分析和研究，取得了比較滿意的效果，通過(guò)分析兩種工況下穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果可知，降雨與滑坡的發(fā)生有密切的關(guān)系。但是該方法也存在一些不足，模型網(wǎng)格的劃分對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，應(yīng)盡量滿足精度要求。