FLAC3D在滇西某滑坡中的應(yīng)用

駱建文　李茜

【摘要】根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，滇西某滑坡在每年雨季和耕種期間，坡體上的田坎有不同程度的垮塌，滑坡前緣出現(xiàn)滑塌，特別是在地勢較陡峭的地段。為更深入認識滑體變形破壞機理，進一步評價和預(yù)測滑坡在天然工況以及暴雨工況下的穩(wěn)定性，利用FLAC3D進行數(shù)值模擬，分析滑坡的應(yīng)力場、剪應(yīng)變增量以及塑性變形區(qū)。結(jié)果表明：在暴雨工況下，滑坡剪應(yīng)變增量相比天然工況下出現(xiàn)明顯的貫通，貫通基本沿著滑坡體上的含碎石粉質(zhì)粘土底部由上向下貫通，塑性區(qū)相比天然工況下分布范圍擴大，塑性區(qū)主要分布于含碎石粉質(zhì)粘土層底部，模擬結(jié)果的剪應(yīng)變增量貫通區(qū)以及塑性分布區(qū)與鉆探揭露推測的滑動面相一致。由于剪應(yīng)變增量基本貫通整個坡體，塑性區(qū)分布范圍也比較大。（不要可以嗎）。

【關(guān)鍵詞】裂縫；水文地質(zhì)；數(shù)值模擬分析；FLAC—3D模型お

Application Of The FLAC3D In Landslide In The western Yunnan

Luo Jian—wen1， Li Qian2

（1 Xi''an Changqing Technology Engineering limited liability CompanyXi''anShaanxi710021；

2 Shaanxi Engineering Research Center of RiverXi''anShaanxi710018）

【Abstract】According to the field investigation， in the rainy season every year and the period of farming， the ridge of the landslide has a different degree collapse， The landslide front appears slumping， especially in the steep section. For the more thorough understanding of landslide deformation mechanism and further evaluation and prediction the stability of landslide under natural condition and the rainstorm condition，it analysed the stress field、the shear strain increment and the plastic deformation zone of landslide by using FLAC3D numerical simulation， The result showed： in storm conditions， landslide shear strain increment， compared with the natural conditions， appeared obvious connection which substantially along the pebbly silty clay bottom by penetrating； plastic zone distribution scope was larger than that of the natural conditions， the plastic zone was mainly distributed in the pebbly silty clay layer bottom.， the connection zone of the shear strain increment and the plastic zone distribution area by the simulation results were consistent with the sliding surface of the drilling hypothesized. Due to shear strain increment running through the whole slope， plastic zone distribution range was relatively large.

【Key words】Crack；Hydrogeololgy；Numerical simulation analysis；FLAC3D modelお

1. 工程概況

滇西管道在云南省龍陵縣臘勐鄉(xiāng)松山村順勐梅河右（南）岸斜坡敷設(shè)，所在之處發(fā)育有大型土質(zhì)滑坡，管道從滑坡區(qū)中右部與主滑方向小角度相交敷設(shè)通過，滑坡滑動對擬敷設(shè)的管道施工及運營構(gòu)成較大的威脅，特對該滑坡進行專項勘查，并運用FLAC—3D軟件對該滑坡進行建模分析。

2. 地形地貌

（1）場地地貌屬于低山區(qū)溝谷斜坡區(qū)，河谷橫斷面呈敞口的“U”字型，河床區(qū)地形較開闊平緩滑坡位于勐梅河右（南）岸（圖1）。

圖1滑坡區(qū)地形地貌

（2）滑坡位于近南北向延伸的斜坡上，地勢南高北低，場地內(nèi)地面標高766m～860m，相對高差近100m，滑坡主滑方向359°。滑坡前緣較陡，高于勐梅河6～20m。滑坡中部寬緩，整體坡度15～25°，為階梯狀陡坎，坎高0.5～1m，陡坎間為多級長條狀、帶狀平臺，平臺寬5～20m，平臺上覆蓋有厚層巨大塊石，塊石為花崗巖、砂巖。滑坡后緣坡度較陡，30～35°，后緣邊界以上為陡峭的基巖邊坡，基巖為泥灰?guī)r，后側(cè)邊界外側(cè)公路上經(jīng)常有人工引用灌溉水源流入場地區(qū)。滑坡區(qū)左、右側(cè)邊界為常年流水沖溝，溝谷狹窄，呈“V”字型，左側(cè)邊界溝外側(cè)為陡峭基巖邊坡，調(diào)查期間溝內(nèi)有流水，都經(jīng)斜坡匯入勐梅河。（滑坡區(qū)剖面圖見圖2）。

圖2滑坡區(qū)剖面圖

3. 滑坡變形特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡在每年雨季和耕種期間，坡體上的田坎有不同程度的垮塌，滑坡前緣出現(xiàn)滑塌，特別是在地勢較陡峭的地段。2010年4月和6月的兩次大暴雨，滑坡中部地表裂縫明顯增多，滑坡產(chǎn)生了明顯滑移，滑移距離2～5cm，下挫5～10cm，地表裂縫有呈南北向延伸的剪張裂縫和東西向延伸的拉張裂縫兩種；其次有坡面小滑塌等地表變形跡象。具體分述如下。

3.1裂縫。

（1）DBL1：位于滑坡前緣，呈近東西向延伸，弧形展布，屬拉張裂縫。裂縫長約50m，寬10～50cm，可見深度30～70cm，下錯10～30cm。

（2）DBL2：位于滑坡前緣，在DBL1右側(cè)，呈近南北向延伸，弧形展布，屬剪張裂縫。裂縫長約80m，寬10～20cm，可見深度10～30cm，下錯5～8cm。

（3）DBL3：位于滑坡前緣，DBL1后18m處，呈近東西——南北向延伸，弧形展布，屬拉張裂縫。裂縫長約38m，寬15～32cm，可見深度10～45cm，下錯10～15cm。

（4）DBL4：位于滑坡前緣，DBL3后10m處，呈近東西——南北向延伸，弧形展布，屬拉張裂縫。裂縫長約60m，寬30～60cm，可見深度50～120cm，下錯30～80cm。

3.2坡面小滑塌。

在滑坡前緣強變形區(qū)內(nèi)，發(fā)育有坡面小滑塌，主要以淺表層滑塌為主，方量均較小。地表水和降雨持續(xù)入滲坡體裂縫，表層滑體飽水，前緣陡峭，坡體滑移。

4. 滑坡空間形態(tài)特征

（1）滑坡邊界。

滑坡區(qū)后緣邊界以基巖陡壁、下錯區(qū)、坡度明顯變陡處的弧形帶為界，滑坡前緣邊界以勐梅河為界，滑坡左側(cè)邊界以基巖陡壁為界，滑坡右側(cè)邊界以沖溝左岸岸坡坡肩為界。

（2）滑坡形態(tài)規(guī)模 。

該滑坡在平面形狀呈扇形，立體形態(tài)具“圈椅”狀，滑坡主滑動方向359°，滑坡平均縱長225m，平均橫寬400m，滑體厚6.5～19.0m，平均厚12.5m，滑坡體積約112.5萬m3，屬大型土質(zhì)滑坡。

5. 滑坡變形及穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

為更深入認識滑體變形破壞機理，進一步評價和預(yù)測滑坡在天然工況以及暴雨工況下的穩(wěn)定性，利用FLAC—3D數(shù)值模擬滑坡的應(yīng)力場、剪應(yīng)變增量以及塑性變形區(qū)。

5.1模型建立。

（1）坐標系定義及模型范圍的界定：X軸正向指向滑坡滑動方向，豎直向上為Y軸正向，Z軸指向坡內(nèi)；據(jù)滑坡形態(tài)和坡體結(jié)構(gòu)，選取滑坡主剖面7—7′（最不利剖面）進行數(shù)值模擬，X向取335m，Y向取224m，模型底板高程取至651m。

（2）模型及準則：采用比較常用的彈塑性模型，屈服準則為莫爾—庫侖準則。

（3）巖土物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)試驗選取。

（4）計算方案：為真實反映滑坡形成過程和形成后的應(yīng)力調(diào)整過程，本次計算主要考慮天然工況、暴雨工況。

（5）模型的建立及離散：根據(jù)滑坡體特征及計算方案考慮，建立FLAC—3D計算模型，并進行離散化，共劃分出6395個單元，6688個節(jié)點（圖3）。

圖37—7′剖面FLAC—3D模型

5.2天然工況下變形及穩(wěn)定性分析。

天然工況下應(yīng)力場影響在滑坡內(nèi)部形成的應(yīng)力增高帶和應(yīng)力差較大部位，從而影響滑坡穩(wěn)定性，因此研究滑坡天然應(yīng)力場對于分析滑坡的變形破壞特征具有重要意義。圖4和圖5反映了滑坡天然狀態(tài)下的應(yīng)力場特征：

（1）滑坡最大主應(yīng)力分布受重力場影響明顯，其量值總體上與埋深呈正比，分布較均勻，無拉應(yīng)力現(xiàn)象出現(xiàn)，最大主應(yīng)力方向在邊坡內(nèi)部基本與重力方向一致，而在臨近坡面的淺表層則調(diào)整為與坡面近平行，最大值可達4.79MPa。

（2）最小主應(yīng)力分布除受重力場影響外，受滑坡坡體結(jié)構(gòu)影響較大，在巖性變化以及坡頂、坡腳部位出現(xiàn)局部集中，但沒拉應(yīng)力出現(xiàn)，最小主應(yīng)力方向在滑坡內(nèi)部一般為水平方向，而在臨近坡表調(diào)整為與坡面近垂直，最大值可達1.69MPa。

圖4天然工況最小主應(yīng)力分布特征

圖5天然工況最大主應(yīng)力分布特征

圖6天然工況剪應(yīng)變增量分布特征

圖7天然工況塑性區(qū)分布特征

（3）此外，由圖6、圖7可以看出，滑坡的剪應(yīng)變增量主要集中在滑坡頂部以及滑坡坡腳，但尚未貫通，塑性區(qū)主要零星分布在滑坡中上部，并未連續(xù)分布，因此，滑坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8暴雨工況下最小主應(yīng)力分布特

圖9暴雨工況下最大主應(yīng)力分布特征

圖10暴雨工況下剪應(yīng)變增量分布特征

5.3暴雨工況下變形及穩(wěn)定性分析。

（1）在暴雨工況下滑體按全飽水狀態(tài)進行考慮，由此模擬所得滑坡在暴雨工況下的應(yīng)力分布情況如圖8、圖9所示。從圖中可以看出，暴雨工況下，最大主應(yīng)力分布受重力場影響明顯，但在滑坡坡頂以及坡腳位置處出現(xiàn)應(yīng)力集中；最小主應(yīng)力在坡頂及坡腳也出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，并有拉應(yīng)力出現(xiàn)，拉應(yīng)力值可達0.75MPa，表明該部位出現(xiàn)拉破壞，模擬結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查滑坡前緣出現(xiàn)變形破壞結(jié)果相一致，因此模擬結(jié)果再現(xiàn)了滑坡的變形破壞情況。

（2）從模擬的剪應(yīng)變增量以及塑性區(qū)分布結(jié)果圖10和圖11可以看出，滑坡在暴雨工況下，剪應(yīng)變增量相比天然工況下出現(xiàn)明顯的貫通，貫通基本沿著滑坡體上的含碎石粉質(zhì)粘土底部由上向下貫通，塑性區(qū)相比天然工況下分布范圍擴大，塑性區(qū)主要分布于含碎石粉質(zhì)粘土層底部，模擬結(jié)果的剪應(yīng)變增量貫通區(qū)以及塑性區(qū)分布區(qū)與鉆探揭露推測的滑動面相一致。由于剪應(yīng)變增量基本貫通整個坡體，塑性區(qū)分布范圍也比較大，因此得知滑坡在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖11

6. 模擬結(jié)果評價

（1）在天然工況下，滑坡的剪應(yīng)變增量主要集中在滑坡頂部以及滑坡坡腳，但尚未貫通，塑性區(qū)主要零星分布在滑坡中上部，并未連續(xù)分布。因此，滑坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）在暴雨工況下，滑坡剪應(yīng)變增量相比天然工況下出現(xiàn)明顯的貫通，貫通基本沿著滑坡體上的含碎石粉質(zhì)粘土底部由上向下貫通，塑性區(qū)相比天然工況下分布范圍擴大，塑性區(qū)主要分布于含碎石粉質(zhì)粘土層底部，模擬結(jié)果的剪應(yīng)變增量貫通區(qū)以及塑性區(qū)分布區(qū)與鉆探揭露推測的滑動面相一致。由于剪應(yīng)變增量基本貫通整個坡體，塑性區(qū)分布范圍也比較大。因此，滑坡在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻

[1] 彭文斌.FLAC—3D實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]劉波，韓彥輝.FLAC原理實例與應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]沈金瑞，林杭.多組節(jié)理邊坡穩(wěn)定性FLAC—3D數(shù)值分析[J]中國安全科學(xué)學(xué)報，2007，17（1）：29～33.