鎮安縣水泥廠后滑坡穩定性數值模擬分析

李宏陽，張曉明

(西北有色勘測工程公司)

1 地層及巖土體特征

地層以泥盆系絹云母千枚巖、炭質千枚巖夾灰巖為主，坡體西北部陡崖處出露斷層角礫巖，上覆厚4.6～18.4 m不等的第四系殘坡積及人工堆積之松散堆積物，各層工程地質性質及物理力學性質指標見表1。

表1 各層物理力學性質指標統計表

(1)素填土(Q4ml):層厚1～5.7 m，褐黃—灰褐—灰黑色，成分以含碎石粉質粘土、炭質千枚巖全風化物為主，成份雜亂，均勻性差，稍濕—潮濕，稍密。

(2)含碎石粉質粘土(Qel-dl):分布于坡體表部，厚4.6～8 m，褐黃—灰黃—灰褐色，含較多千枚巖碎片，偶見灰巖顆粒，稍濕—飽和，松散，堅硬—軟塑。

(3)粉質粘土(Qel-dl):呈透鏡體狀分布于②層中，見于坡體的中下部，厚0～5.4 m，淺灰黑—灰黑色，潮濕—飽和，硬塑—可塑。

(4)斷層角礫巖:分布于坡體的西北部，出露部分形成陡坎，褐黃色—雜色—灰色，顆粒成份以灰巖、千枚巖為主，碎裂巖石化及泥化作用明顯，巖芯呈碎石土狀，屬強風化。

(5)炭質千枚巖:灰黑—黑色，大部分礦物風化變質，原巖組織結構已基本破壞，巖芯呈土狀、碎石土狀，偶見灰巖顆粒及方解石粉末，屬全風化。遇水易軟化，抗風化能力差，屬極軟巖。

2 滑坡穩定性分析與評價

2.1 滑坡變形破壞特征及發展趨勢

滑坡坡體上出現數十條裂縫，裂縫沿坡面呈弧形分布，長數米至數十米不等，縫寬1～30 cm不等，局部下錯呈0.20 ～1.2 m的陡坎;坡體表面發育兩個小滑坡(H1、H2)，其中H1滑坡位于滑坡后緣東側周界附近，圈椅狀形態明顯，平面形態呈長條狀，后壁坎高2～3 m，前部坎高1 m，長約16 m，寬約12 m，滑體物質為含碎石粉質粘土，厚1～2 m，滑體中部有泉水滲出，沿滑體兩側可見3～5 mm的拉張裂縫。H2滑坡分布于滑體前緣2-2'附近，長約6 m，寬約22 m，厚約2～3 m，地表形態呈簸箕狀，圈椅狀形態明顯，后緣形成高1～2 m的陡坎，滑體土成分為含碎石粉質粘土，滑床為灰黑色粉質粘土。目前滑坡周界整體不太明顯，尚處于蠕動變形階段。坡體表面拉張裂縫發育，滑體后緣有泉水滲出，滑體中局部有地下水分布。在天然狀態下，滑體整體處于極限平衡狀態，遇連陰雨等會加速蠕動變形，滑體在飽和狀態下穩定性差，有整體失穩的可能。

2.2 滑坡穩定性分析與評價

滑動面抗剪強度指標即粘聚力C和內摩擦角φ根據測試成果、反分析并結合巖土野外特征綜合確定。鎮安水泥廠后滑坡尚處于蠕動變形階段，尚未形成明鮮的滑動，故在計算滑坡穩定性和滑坡推力時，采用了滑面土的快剪強度指標:

天然狀態:②層粘聚力 C=17.8 kPa，內摩擦角 φ=19.6°，③層粘聚力 C=22 kPa，內摩擦角 φ =13°;

飽和狀態:②層粘聚力 C=11.1 kPa，內摩擦角 φ=12.6°，③層粘聚力 C=7.3 kPa，內摩擦角 φ =12°。

滑體土重計算參數:

天然狀態:取②層含碎石粉質粘土的采用現場實測數據18.1 kN/m3;

飽和狀態:取②層含碎石粉質粘土重塑土飽和容重統計指標 20.7 kN/m3。

根據《滑坡防治工程勘查規范》的規定，穩定系數Fs＜1為不穩定，1≤Fs≤1.05 為欠穩定，1.05≤Fs＜1.15 為基本穩定，Fs≥1.15 為穩定。

據穩定性計算結果，見表2，天然狀態下1-1剖面處于不穩定狀態，1-1'、1-2處于欠穩定狀態，2-2'、2-2處于穩定狀態，其余剖面處于基本穩定狀態。飽和狀態下除2-2處于欠穩定狀態外，其余部面均處于不穩定狀態。因此滑坡在天然狀態下整體處于穩定狀態或欠穩定狀態，局部處于不穩定狀態;飽水條件下坡體整體處于不穩定狀態，滑坡整體失穩的可能性大。

表2 滑坡穩定性驗算結果

3 滑坡穩定性數值模擬分析

3.1 數值模擬分析方案設計

據穩定性計算結果，滑坡在天然狀態下整體處于穩定狀態或欠穩定狀態，局部處于不穩定狀態;飽水條件下坡體整體處于不穩定狀態，滑坡整體失穩的可能性大。選取2-2'地質剖面作為模擬對象，利用FLAC3D軟件重點研究滑坡在飽水狀態下的變形破壞規律。模擬所采用的巖層物理力學參數，主要來源于室內試驗見表3，并參考了該地區其他實驗資料。為與極限平衡法得到的結果相比較，盡量采用與計算方法一致的邊界條件和初始條件。同時，利用軟件自帶的強度折減法可以得到滑坡的穩定系數。

表3 數值模擬各層物理力學性質指標

3.2 數值模擬結果分析

在飽和狀態下，滑坡穩定性大為降低。根據計算結果顯示，當滑坡處于飽水狀態時，滑坡穩定系數Fs只有0.95，與極限平衡法計算得到的結果基本一致，表明此時滑坡處于不穩定狀態。同時分析此時滑坡的位移狀態，滑坡最大垂直位移下降了18 m，見圖1，而最大水平位移達到28 m，見圖2。據此表明，在這種狀態下，滑坡已經失穩，并且已經向前滑動了較大距離。從位移圖上同時可以看出，滑坡滑動面基本上位于滑坡的中下部位，與修建公路削坡有很大關系。因而在進行該滑坡治理時，需要在公路邊坡處采用抗滑樁或是抗滑樁加擋墻綜合治理的措施。由于滑面下伏巖層為炭質千枚巖，該層巖石全風化，原巖組織結構已基本破壞，遇水易軟化，抗風化能力差，屬極軟巖，因此抗滑樁必須深入到該層以下，才能保證該滑坡能夠得到有效的加固。

4 結論

(1)鎮安縣水泥廠后滑坡地層以泥盆系全風化炭質千枚巖為主，上覆第四系殘坡積及人工堆積之松散堆積物，在天然狀態下，滑體整體處于極限平衡狀態，遇連陰雨等會加速蠕動變形，滑體在飽和狀態下穩定性差，有整體失穩的可能。

圖1 滑坡垂直位移圖

圖2 滑坡水平位移圖

(2)極限平衡法計算結果表明，天然狀態下滑坡穩定系數0.97≤Fs≤1.33，整體處于穩定狀態或欠穩定狀態，局部處于不穩定狀態;飽水條件下0.86≤Fs≤1.02，坡體整體處于不穩定狀態。

(3)數值模擬結果表明，當滑坡處于飽水狀態時，滑坡穩定系數Fs只有0.95，滑坡滑動面基本上位于滑坡的中下部位，與修建公路削坡有很大關系。因而在進行該滑坡治理時，需要在公路邊坡處進行抗滑樁或是抗滑樁加擋墻綜合治理的措施。

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