貴州黃平縣且蘭醫(yī)院滑坡數(shù)值模擬分析研究

解 超，高福興，趙振遠，羊永夫，蒙發(fā)強

（1.貴州有色地質工程勘察公司，貴州 貴陽 550002；2.廣西壯族自治區(qū)第四地質隊，廣西 南寧 530000）

自2018年6月開始，黃平縣且蘭醫(yī)院滑坡后緣出現(xiàn)10余條拉張裂縫，前緣鼓脹變形、裂縫不斷加劇，已造成房屋墻體、擋土墻、地面開裂，造成直接經(jīng)濟損失約300萬元（中型災情）。直接威脅滑坡體前緣黃平縣且蘭醫(yī)院、黃平縣特殊教育學校、檢查站、城區(qū)及村寨居住人員和306省道過往車輛行人的生命財產(chǎn)安全，威脅人數(shù)1000人以上，潛在經(jīng)濟損失1億元以上，危險性較大[1]，本文利用FLAC3d軟件，通過模擬滑坡變形破壞過程，分析其形成機制，對黃平縣同類型滑坡地質災害防治提供參考。

1 滑坡區(qū)地質環(huán)境條件

研究區(qū)位于地處黔東-湘西山地向丘陵地貌過渡的斜坡地帶，區(qū)內(nèi)地貌類型屬侵蝕中低山地貌，地形起伏相對較小，斜坡坡度10°～30°，坡向314°，區(qū)內(nèi)最高海拔為南東側無名山頭890.5m，最低海拔為苗里河出口處740m，相對高差為150.05m?；抡w為一近似的圈椅狀地貌，左右側緣地勢較高，中部地勢較低，滑坡體坡向340°，受農(nóng)耕活動影響，坡體縱向剖面形態(tài)呈多級微階梯狀，階梯坎高小于3m，橫向剖面形態(tài)呈向下凹陷的形態(tài)，有利于地表水匯集。

研究區(qū)位于上揚子陸塊（二級單元）江南復合造山帶（三級單元）黔南坳陷區(qū)（四級單元）銅仁開闊復式褶皺變形區(qū)（五級單元）的南西段?；虑熬壭轮輸嗔褞傺嗌狡跀嗔褬嬙?，區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為張性（正斷層），走向NE35°±，傾向南東，傾角60°～80°，地層產(chǎn)狀為195°∠25°。

2 滑坡基本特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡位于苗里河右岸，滑坡體斜長300m，寬250m，平均厚度約15m，面積為7.5×104m2，體積約為112.5×104m3。坡向為314°，平均坡度為15°，平面形態(tài)呈向北西開口的“舌”形，三維形態(tài)呈向北西開口的“撮箕”形，剖面形態(tài)中部為臺階狀，前、后部近直線狀，為一大型牽引式中層土質滑坡。

經(jīng)鉆探揭露，該滑體物質成分主要為第四系殘坡積層灰、灰黃色含塊、碎石粘土，滑體厚2.75m～10.23m?；矌r性為志留系翁項群（S2+3wn）的灰色、灰綠頁巖，滑床剖面形態(tài)總體呈折線型，平均坡度約10.5°，傾角巖層產(chǎn)狀195°∠25°，與滑坡坡向為反向關系，巖石風化程度較強，完整度較差，為軟質巖類。

滑坡現(xiàn)狀變形主要集中于滑坡前緣和后緣，滑坡前緣擋土墻、抗滑樁出現(xiàn)裂縫、地面鼓翹、局部擋土墻出現(xiàn)整體滑移，南東側擋墻滑移距離約4cm，北東側擋墻滑移距離約2cm，且蘭醫(yī)院住院大樓后側抗滑樁受擠壓歪斜斷裂?；潞缶壋霈F(xiàn)10余條多級弧形拉張裂縫，裂縫寬度20cm～90cm，錯動30cm～70cm，裂縫導致坡面部分水田蓄水滲漏干涸。

3 滑坡變形破壞數(shù)值模擬

目前，研究邊坡巖體變形的常用方法為有限元法、邊界元法、離散元法等數(shù)值分析方法[2]。近年來，國際上比較流行和先進的顯示拉格朗日差分分析法（FLAC程序軟件）在我國邊坡研究中也得到廣泛重視和應用[3]，本文采用FLAC3D對且蘭醫(yī)院滑坡變形破壞過程進行研究。

3.1 模型建立

模型范圍主要以選取典型地質剖面拉伸一定距離形成：前至黃平縣城306省道，后至滑坡后緣后部一定距離處,拉伸長度為15m。模型長327m、寬15m，高為77m。開挖體最大高度為8m。根據(jù)4個鉆孔以及2個淺井揭露的基覆界面深度建立滑體、折線形滑床面并建立2cm厚的滑帶。

滑坡各類巖土體力學參數(shù)是綜合現(xiàn)場直接試驗和室內(nèi)土工試驗資料獲得。

表1 巖土體物理力學參數(shù)表

本著合理布局、保證精度、優(yōu)于計算、協(xié)調(diào)性好等原則，在建立好的模型體基礎上，劃分四面體網(wǎng)格單元。進行網(wǎng)格劃分后，模型形成個4165節(jié)點，18454個單元。

3.2 初始應力場模擬

3.2.1 最大主應力分布特征

天然狀態(tài)下斜坡的最大主應力的量值主要受到明顯重力場的控制。最大主應力表現(xiàn)為壓應力，淺表部量值主要為1.079Kpa～0.125Mpa，內(nèi)部最大主應力量值集中在0.125Mpa～0.371Mpa。斜坡地表土體由于容重低，孔隙多，應力值較低。最大主應力方向在斜坡內(nèi)部基本與重力方向一致，在臨近坡表部位與坡面近于平行。斜坡整體地形較緩，斜坡內(nèi)部與地表未出現(xiàn)明顯的應力集中區(qū)域。

3.2.2 最小主應力分布特征

斜坡最小主應力在斜坡淺部平行于坡面，應力量增值與埋深成正比，受重力場控制作用明顯。淺表部最小主應力的壓應力值為6.9KPa～0.5Mpa,內(nèi)部最大主應力量值集中在0.5Mpa～1.61Mpa。在坡表無拉應力出現(xiàn)。

通過上述應力場分析可知，最大、最小主應力分布呈重力場態(tài)勢，都是由深向地表逐漸降低的平穩(wěn)過渡遞變狀態(tài)，土體無明顯的應力集中現(xiàn)象。初始應力場符合斜坡應力場的一般規(guī)律。

3.3 支護條件下開挖后斜坡變形分析

斜坡按照實際施工情況，黃平縣且蘭醫(yī)院平場形成切方高度7.0m～11.0m巖土質邊坡。對切方形成的邊坡治理措施為修建樁板墻進行支護。因此，在對斜坡前部進行模擬開挖之前先對斜坡進行擋墻支護的模擬。

3.3.1 擋土墻支護模擬

將斜坡節(jié)點位移及速度清零后對斜坡進行擋墻的添加，擋墻的參數(shù)參考勘察報告等資料。

擋墻進行支護后將模型進行一次計算，將計算后模型的節(jié)點位移，速度再次清零，消除斜坡因擋墻支護而產(chǎn)生的變形量。

3.3.2 開挖后斜坡變形分析

在對斜坡完成擋墻支護模擬及位移進行清零處理后，計算且蘭醫(yī)院平場開挖作用下的變形位移。對計算位移云圖進行分析。

從總位移云圖可以看出（見圖1），開挖作用主要引起斜坡上部受影響范圍內(nèi)的土體產(chǎn)生位移變形?，F(xiàn)場且蘭醫(yī)院平基開挖引起的位移變形集中在土層較厚的斜坡下部以及擋土墻的后部。斜坡最大位移出現(xiàn)在土層相對較厚坡度相對較陡的中前部，最大量值為4.35cm。緊鄰擋土墻后部土體的最大位移約3.25cm。擋土墻前開挖面底部產(chǎn)生的變形是由于醫(yī)院平基過程中開挖面底部的巖土體產(chǎn)生的卸荷回彈和上部坡體蠕變等共同作用下的隆起變形。

圖1 斜坡開挖后位移云圖

3.4 開挖后降雨條件下斜坡變形分析

降雨作用下斜坡土體的整體位移持續(xù)增加，土體最大位移值為13.8cm（見圖2）。斜坡降雨后的最大位移相對于降雨前的最大位移增加了約9.6cm，幾乎增加了兩倍，說明降雨對斜坡土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響。等值線圖顯示，降雨后斜坡總體的位移仍集中在位移斜坡土層較厚且坡度較陡的部位；在斜坡中部滑移區(qū)，其位移也增加了大概3cm左右。斜坡后部拉裂區(qū)的位移由原來的1.5cm增加到了4cm左右，在降雨條件下，擋土墻及后部土體的位移增加了約4.75cm左右，這主要是因為降雨對滑帶土的軟化作用導致后部土體剩余下滑力的增加；擋土墻前部土體鼓脹變形進一步發(fā)展，土體位移由原來的1.5cm增加到了6cm。在降雨條件下，斜坡整體的位移會持續(xù)不斷的增加。這與現(xiàn)場調(diào)查結果基本相符。

圖2 斜坡開挖后降雨條件下位移云圖

4 滑坡形成機理綜合分析

根據(jù)前期資料，該滑坡在開挖前已有輕微的變形跡象。經(jīng)過分析認為且蘭醫(yī)院滑坡是在不利地質條件基礎上，由于大規(guī)模的人工開挖和地表水入滲等綜合作用下形成的，其演化發(fā)展的地質力學模式為蠕滑（滑移）一拉裂，其演化條件及過程如下。

（1）斜坡蠕滑變形階段：滑坡前緣且蘭醫(yī)院、特殊教育學校、及公路建設過程中，對滑坡前緣切方開挖，形成了高陡切方邊坡不僅破壞了坡體原有的結構，更導致阻滑體變小，整體抗滑力降低，因此為滑坡的啟動提供了較好的條件，滑坡體上為耕地區(qū)，耕地破壞了坡體植被的生長，在地表灌溉以及一般降雨條件下，坡體中地下水積累，坡體自下部開始沿著基覆交界面開始發(fā)生蠕滑變形。

（2）滑移一拉裂階段：滑坡進入汛期以后，隨著降雨的不斷增加，良好的地表匯水條件，導致雨水快速入滲，向坡腳滲流形成動水壓力。雨水加載和滲流動水壓力導致下滑力增加。目前，擋墻前緣均已發(fā)生整體滑移變形破壞，南東側擋墻滑移距離約4cm，北東側擋墻滑移距離約2cm。滑坡坡體變形跡象主要變現(xiàn)為坡體多級拉張裂縫，裂縫導致坡面部分水田蓄水滲漏干涸。隨著汛期雨水不斷下滲，以及前緣擋墻的破壞，坡體穩(wěn)定性下降，造成坡體上裂縫不斷發(fā)育，原有裂縫不斷延長，深度不斷加深，裂縫數(shù)量不斷發(fā)育，滑坡進入滑移一拉裂階段。

5 結論

本文通過對且蘭醫(yī)院滑坡數(shù)值模擬分析，得出的主要認識和結論如下：

（1）且蘭醫(yī)院滑坡由于大規(guī)模的人工開挖首先產(chǎn)生一定程度的變形，破壞了坡體原有的結構，是滑坡變形破壞的主要因素，降雨只是加速了滑坡的形成。

（2）通過數(shù)值模擬分析，開挖后支護條件下，斜坡最大位移出現(xiàn)在土層相對較厚坡度相對較陡的中前部，最大量值為4.35cm。緊鄰擋土墻后部土體的最大位移約3.25cm。擋土墻前開挖面底部產(chǎn)生的變形是由于醫(yī)院平基過程中開挖面底部的巖土體產(chǎn)生的卸荷回彈和上部坡體蠕變等共同作用下的隆起變形。降雨條件下，擋土墻前部土體鼓脹變形進一步發(fā)展，土體位移由原來的1.5cm增加到了6cm。在降雨條件下，斜坡整體的位移會持續(xù)不斷的增加。這與現(xiàn)場調(diào)查結果基本相符。

（3）且蘭醫(yī)院滑坡變形破壞過程可分為2個階段，分別為斜坡蠕滑變形階段和滑移一拉裂階段。