MIDAS-GTS在滑坡穩(wěn)定性分析及治理中的應(yīng)用研究

張 地

（青海省有色第三地質(zhì)勘查院，青海 西寧810001）

1 MIDAS-GTS概述

MIDAS-GTS將有限元強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析作為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際工行項目需要形成的一種巖土與隧道工程分析軟件。在這一軟件系統(tǒng)中，可以對巖土領(lǐng)域的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，并形成二維或三維的巖土分析數(shù)據(jù)信息。同時，應(yīng)用MIDAS-GTS技術(shù)，可以在中文操作界面、CAD幾何建模、網(wǎng)絡(luò)制式規(guī)劃、內(nèi)置建模分析等功能支撐下，完成高效率的信息處理。而從專業(yè)化角度出發(fā)，當(dāng)前的MIDAS-GTS軟件開發(fā)，已經(jīng)可以形成15種專業(yè)模型的建設(shè)，并在內(nèi)容上支持用戶自主的進(jìn)行自定義建模，以此保證技術(shù)條件的適應(yīng)性與交流成長性，在開放化的平臺環(huán)境中，推進(jìn)整體工程建模分析的執(zhí)行效果。

應(yīng)用條件上，此項按技術(shù)，可以在巖土施工段模擬、滲流分析、固結(jié)分析、穩(wěn)定性分析、動力分析、襯砌與錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容中發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。而本文，則主要集中在滑坡穩(wěn)定性分析的內(nèi)容上，對此項技術(shù)進(jìn)行說明。

2 有限元強(qiáng)度折減法分析

從數(shù)據(jù)本質(zhì)角度出發(fā)，所謂邊坡的安全技術(shù)，主要是指邊坡在達(dá)到破壞臨界狀態(tài)時，所展現(xiàn)的抗剪力強(qiáng)度折減因子狀態(tài)。因此，在抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算分析中，其數(shù)值降低到c′/F與tanφ′/F時，可以確定極限平衡狀態(tài)下的F，為具體邊坡安全系數(shù)。在對這一數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析的過程中，可以應(yīng)用摩爾·庫倫本構(gòu)模型，并形成模型公式：

由此，可將具體安全系數(shù)作出如下表示：

通過以上的模型數(shù)據(jù)推演，可以在極限平衡狀態(tài)下，確定下土數(shù)據(jù)中的有效粘聚力與內(nèi)摩擦角，并在強(qiáng)度折減算法的應(yīng)用中，保證與傳統(tǒng)平衡算法在核心原理上的一致性。

而在強(qiáng)度折減的分析中，隨著折減系數(shù)的逐漸增加，在土體結(jié)構(gòu)的抗剪力強(qiáng)度上，也要做出相應(yīng)的控制，并在保證邊坡處于平衡臨界狀態(tài)的同時，分析可能發(fā)生失穩(wěn)問題的具體收斂參數(shù)。尤其在折減算法的應(yīng)用中，需要對其中的限元分析模型、折減系數(shù)計算的步驟進(jìn)行規(guī)劃，并在重復(fù)進(jìn)行折減系數(shù)計算的同時，保證整體分析的有效性。

3 GTS工程實(shí)際應(yīng)用案例介紹

3.1 案例項目概況

在進(jìn)行基礎(chǔ)工程項目建設(shè)處理的過程中，地基具有一定的松散特征，并導(dǎo)致前緣的阻滑段出現(xiàn)減載，使阻滑段始終處在抗滑力水平下，出現(xiàn)了明顯的適應(yīng)力重新分布的問題。在強(qiáng)降雨環(huán)境的沖刷與作用下，當(dāng)前的前緣位置建筑，已經(jīng)在石擋墻位置的中下部位置，出現(xiàn)了明顯的結(jié)構(gòu)變形，在不斷擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)變化中，容易發(fā)生整體性的失穩(wěn)滑動問題。

項目滑坡結(jié)構(gòu)中，滑坡結(jié)構(gòu)的前緣高程為1097m，后緣高程為1150m，相對高差53m，主滑方向保持在182°。從形態(tài)上看，這一平面的縱向長度分布在70m～150 m區(qū)間，其平均長度為130m，前部的最大寬度為65m，后部最大寬度為40m，平均寬度狀態(tài)維持在60m，在整體10m厚度的滑坡結(jié)構(gòu)段，總體積為7.8×104m3，表現(xiàn)為推移滑坡。

土質(zhì)結(jié)構(gòu)上，滑體物質(zhì)主要有碎石土與塊石土兩部分組成，并帶有一定比例的角礫與粉土。粒徑區(qū)間保持在10mm～40mm之內(nèi)，且呈現(xiàn)出明顯的不均勻狀態(tài)，塊石含量水平維持在20%～30%之間。通過工程技術(shù)人員的鉆探分析，確定了滑坡滑帶的松散塊石土體結(jié)構(gòu)，并定位了強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)的基巖接觸面。在滑帶土成分分析中，確定了分支粘土與夾碎塊塊石成分。同時，通過對地區(qū)地志的分析，此鎮(zhèn)位于群巖層之上，薄層/極薄層特征，風(fēng)化裂隙發(fā)育較為明顯，帶有358°∠31°的巖層產(chǎn)狀，并在余變結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)了明顯的裂隙發(fā)育。

3.2 滑坡穩(wěn)定性分析

通過對現(xiàn)場工程情況的分析，以及鉆探地層信息的揭露，將最不利原則作為分析滑坡問題的基礎(chǔ)，對工程中段的滑坡位置進(jìn)行針對性的管理，可以在繪制典型剖面圖的同時，形成量化數(shù)據(jù)信息。MIDAS-GTS軟件系統(tǒng)中，將各項數(shù)據(jù)帶入到整體制圖工具中，就可以在二維圖像、三維圖像的呈像中出現(xiàn)最終的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。通過穩(wěn)定性數(shù)據(jù)的反復(fù)推演，在結(jié)合實(shí)驗數(shù)據(jù)的同時，計算出巖土物理參數(shù)的綜合數(shù)值。在低巖土層的參數(shù)信息下，完成基本參數(shù)表格的繪制。

同時，在有限元模型的創(chuàng)建中，可以將二維的剖面數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，在帶入碎石土等級與風(fēng)化巖土層之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的同時，形成MIDAS-GTS理想型的彈塑性模型，完成現(xiàn)有擋土墻彈性模型的計算分析。

在具體工況環(huán)境中，由于氣候條件的限制，經(jīng)常會出現(xiàn)持續(xù)性的降雨天氣，并在分析重點(diǎn)上，要對雨后環(huán)境中，土壤自重變化量進(jìn)行分析，以此確定新環(huán)境狀態(tài)的下滑系數(shù)。同時，這種變量數(shù)據(jù)的分析，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)前的建筑開裂狀態(tài)，并在分析坡腳擋墻中下部變形膨脹這一客觀問題的同時，對可能產(chǎn)生的慣性失穩(wěn)問題做出判斷。而根據(jù)案例項目計算，這種變量數(shù)據(jù)可以將安全系數(shù)定位在1.02，并做出平臺欠穩(wěn)定狀態(tài)的隱患預(yù)警，以此保證適當(dāng)處理措施的落實(shí)狀態(tài)。

3.3 支擋穩(wěn)定性分析

在對支擋的穩(wěn)定性進(jìn)行分析的過程中，需要根據(jù)具體的地質(zhì)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，對不同的治理方案進(jìn)行選擇。由此，在MIDAS-GTS軟件程序中，設(shè)置安全性、可行性、經(jīng)濟(jì)性、速率這幾方面的分析類別。然后，將各種不同技術(shù)方法下的應(yīng)用方案，帶入到系統(tǒng)繪制模型中，求得最終數(shù)據(jù)變化量，并分析各種支擋技術(shù)方案的有效性狀態(tài)，通過量化參數(shù)數(shù)據(jù)，評價每種技術(shù)方案的合理性。案例項目中，通過分析，將抗滑樁技術(shù)作為最終的應(yīng)用方案，在設(shè)施埋入結(jié)構(gòu)的同時，保持樁長18m、嵌固段6.5m、截面1.5×2.2m，在樁身結(jié)構(gòu)的混凝土型號上，使用C30等級的混凝土結(jié)構(gòu)，并將6m作為樁距區(qū)間，以此保證單樁與整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在完成這種技術(shù)模擬之后，還要對此項技術(shù)的可行性進(jìn)行分析，通過形成抗滑樁物理力學(xué)參數(shù)取值表，做出治理效果下的剪力狀態(tài)分析。由此，從結(jié)構(gòu)性的角度出發(fā)，破壞整體滑面，并保證穩(wěn)定系數(shù)提升到1.17，實(shí)現(xiàn)整體抗滑坡狀態(tài)的優(yōu)化升級，完成MIDAS-GTS技術(shù)對于實(shí)際施工的應(yīng)用指導(dǎo)。

4 結(jié)語

綜上，MIDAS-GTS技術(shù)，是工程項目中的有效技術(shù)手段，在滑坡穩(wěn)定性分析的內(nèi)容上，有著不可替代的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用條件。通過建立數(shù)據(jù)建模，形成有限元強(qiáng)度折減分析，可有效形成滑坡穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，并在支檔穩(wěn)定性內(nèi)容上，提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，保證整體工程應(yīng)用技術(shù)的成長狀態(tài)，優(yōu)化工程領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平。