滑移式崩塌穩定性分析

陳 莉

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

0 引言

工程建設施工和完工運行的過程中都經常遇到崩塌，崩塌一般多發生于高陡斜坡，一旦墜落將造成不可估量的損失。目前，許多的專家學者對崩塌進行了相應的研究。賀凱等[1]認為崩塌一般為突發產生的，現場難以獲取崩塌的變形破壞過程，因此使用室內離心機試驗研究崩塌的啟動機制，模擬實驗再現崩塌失穩破壞的全過程。王林峰等[2]通過應力—溫度耦合分析巖塊穩定性，研究表明，溫度對薄層巖塊穩定性的影響較大，隨著溫度的升高，巖塊穩定性變差，且穩定性系數降低速率逐漸減小。黃達等[3]對上硬下軟巖層組合的邊坡進行分析，考慮風化作用對下部軟巖的軟化作用，導致崩塌的產生，使用離散元軟件對崩塌變形破壞進行全過程模擬分析。陳洪凱等[4]通過能量原理和突變原理對望霞危巖進行力學分析，構建計算模型，該崩塌為座滑破壞，破壞時間為2.3 s。許家美等[5]對三峽庫區崩塌進行分析總結基礎上將崩塌分為滑移、墜落、傾倒三類，并提出相應的治理方案措施。陳洪凱等[6]基于偏心拉伸模型對攔石墻的穩定性進行計算，并用萬州一處崩塌作為驗證，模型適用性較好。同時數值模擬也是研究崩塌穩定性的一個重要手段[7～10]。

本文以實際工程中一處崩塌為例，研究崩塌的穩定性情況，并提出相應的治理措施。

1 崩塌變形監測

崩塌多發生在邊坡較高位置，一般人員難以到達。三維激光掃描技術的應用克服傳統崩塌調查過程中數據調查不全面的缺點，降低較高較陡的邊坡崩塌調查的危險性。對掃描獲取的大量點云數據的處理可以得到崩塌的變形破壞特征并能進行精確的分析，通過對治理前崩塌的三維激光掃描處理可以發現，在崩塌體與母巖接觸的位置崩容易產生較大的變形，該處共有三處崩塌，崩塌1、崩塌2為滑移式崩塌；崩塌3為傾倒式崩塌。崩塌體W2三維激光點云見圖1。

圖1 崩塌體W2三維激光點云

2 崩塌穩定性分析

2.1 定性分析

W2崩塌形態及變形特征為危巖立面呈不規則多邊形，受兩組平行裂隙互相控制，且結構面傾向與邊坡傾向相近，巖性為似斑狀花崗巖，巖石完整性較好。由圖2知，坡面產狀97°∠67°、裂隙L1112°∠83°、裂隙L2208°∠68°、Y1開挖后邊坡坡面產狀83°∠53°，該處崩塌主要受裂隙L1112°∠83°多組平行裂隙垂向應力控制。單一裂隙情況下，崩塌處于不穩定狀態，在多組結構面相互作用的情況下，崩塌體穩定性降低。崩塌裂隙較發育，暴雨狀態下，裂隙水充分，故預測分析，在暴雨或地震等外部條件影響下，W2崩塌為欠穩定或不穩定狀態，易發生滑移式崩塌。

圖2 W2崩塌穩定性赤平投影分析圖

2.2 定量分析

W2崩塌屬于滑移式，基于極限平衡法進行計算，計算模型見圖3，計算公式如下。

圖3 滑移面為單一結構面的計算模型

當滑面完全貫通時:F抗滑=（Gcosα-Q-Psinα）tanφ+cH/sinα；

當滑面尚未完全貫通時:F抗滑=（Gcosα-Q-Psinα）tanφ1+c1H/sinα。

崩塌分為三個工況進行研究，工況Ⅰ為天然工況，工況Ⅱ為暴雨工況，工況Ⅲ為地震工況，各工況參數取值見表1。極限平衡穩定性計算結果及評價見表2。由表2知，天然工況下，崩塌穩定性系數為1.15，處于基本穩定狀態；暴雨工況下崩塌穩定性系數為1.12，處于欠穩定狀態；地震工況下崩塌穩定性系數為1.04，處于不穩定狀態。

表1 W2崩塌三個工況下參數及取值一覽表

表2 W2崩塌極限平衡穩定性計算結果及評價表

3 數值模擬分析及治理措施研究

數值模擬方法可以較好模擬邊坡坡體內部的應力-應變分布及其變形破壞特征，本文應用FLAC3D軟件對其進行模擬。

根據現場實際工程地質調查情況得到的W2崩塌的工程地質剖面圖建立模型進行數值模擬，主要模擬崩塌在天然情況下的變形破壞特征，重力加速度取9.8 m/s2。本次數值模擬的本構模型為摩爾-庫倫模型，具體參數取值見表3。

表3 參數取值表

由圖 3（a）、圖 3（b）可知，崩塌體塑性變形較為明顯，在崩塌的臨空位置出現剪應變速率和剪應變增量的集中。比周圍其他區域增大了1～2個數量級。這說明危巖臨空位置存在潛在破壞結構面。故對崩塌W2采取治理措施，措施為“清危+錨桿+復綠+坡頂截水溝”。

對崩塌W2采取一定的治理措施后，結果見圖3（c）。結果顯示崩塌并沒有出現剪應變增量集中的現象，其最大值為治理前最大值的1/2～1/7。剪應變增量的減小表明治理措施產生較好的效果，坡表崩塌在開挖之后，邊坡安全性得到提高。

圖3 崩塌W2數值模擬計算結果

4 結論

（1）以一處崩塌為研究對象，通過三維激光掃描技術獲取該處的地形地貌特征，經過多期數據的疊加可獲取危巖變形破壞特征。

（2）以崩塌W2為例，采用赤平投影的方法對崩塌穩定性進行定性分析，認為在地震或暴雨工況下該崩塌穩定性較差，與極限平衡法計算所得的定量分析結果較為一致。

（3）通過FLAC3D對崩塌治理前后的應力應變進行分析，計算結果表明:采取“清危+錨桿+復綠+坡頂截水溝”治理措施后，崩塌的變形破壞得到較好地控制，穩定性得到明顯提升。