FLAC 3D在滑坡治理中的應用

肖 杰 宋 杰 牛志飛

(中兵勘察設計研究院有限公司，北京 100053)

1 工程概況

據勘察資料，某工程場地原始地形為東高西低，按設計要求對場地進行整平，整平后場地形成了弓形邊坡，邊坡總長約1 500 km，坡高范圍約5.0 m～28.0 m，整平時按1∶1進行放坡，坡頂無建筑及荷載。由于放坡后長時間未處理，目前邊坡局部地段已發生嚴重滑坡。如圖1所示，北側的邊坡為1號滑坡，南側的邊坡為2號滑坡。

2 1號、2號滑坡強度參數反演

2.1 1號滑坡的強度參數反演

1號滑坡滑動前，整平時按1∶1進行了放坡，結合鉆孔資料，將1號滑坡分為2層，上部5 m為黏土層，下部為強風化砂巖、泥巖層。利用FLAC 3D建立3D模型，計算采用摩爾庫侖模型，選取不同的強度參數組合，計算得到各種組合下的安全系數見表1。1號滑坡3D模型及各強度組合下的計算結果見圖2。據此反算出塌滑體在天然狀態下，黏土層力學參數c=50 kPa，φ=10°。強風化砂巖、泥巖層的力學參數為：c=15 kPa，φ=15°。

表1 1號滑坡在各強度組合的安全系數

2.2 2號滑坡的強度參數反演

2號滑坡地層全部為強風化砂巖、泥巖層。同1號滑坡，2號滑坡按照相同算法得到各種組合下的安全系數見表2。2號滑坡3D模型及各強度組合下的計算結果見圖2。據此反算出塌滑體在天然狀態下強風化砂巖、泥巖層的力學參數為：c=13 kPa，φ=13°。

3 邊坡(滑后)穩定性數值模擬分析

3.1 模型網格及計算參數

模型以邊坡的走向SN向作為Z軸，EW向作X軸，豎直方向為Y軸。豎直方向坐標采用實際高程坐標，建立直角坐標系，如圖3所示。根據地質資料，1號滑坡的模型選取了5個剖面，分別為Z=0 m，75 m，150 m，210 m，250 m。邊坡底面高程為156 m，坡頂高程為200 m，邊坡沿走向方向長度為250 m，沿傾向方向坡長約200 m。1號滑坡模型共有3 100個單元，928個節點。2號滑坡的模型選取了4個剖面，分別是Z=0 m，56 m，97 m，125 m。邊坡底面高程為156 m，坡頂高程為184 m，邊坡沿走向方向長度為125 m，沿傾向方向坡長約150 m。2號滑坡模型共有2 946個單元，828個節點。模型中兩種顏色區域的交界面為邊坡的后緣拉裂面。模型計算參數采用表1，表2計算結果，計算參數如表3所示。

表2 2號滑坡在各強度組合的安全系數

表3 1號、2號滑坡計算參數表

3.2 計算結果及分析

計算可得邊坡滑動后，1號滑坡豎向應力的最大值為0.964 MPa，邊坡的安全系數為1.77，整體處于穩定狀態，但在靠北側坡腳處可能會再次出現失穩。2號滑坡豎向應力的最大值為1.08 MPa，邊坡的安全系數為3.02，整體處于穩定狀態，但在北側高程約為170 m處可能會再次出現失穩。滑坡豎向應力分布及安全系數計算結果如圖4所示。

4 滑坡的治理方案

由于場地條件限制，首先應將邊坡進行清理，將坡腳線清理至原來1∶1放坡的位置處，1號滑坡，坡高27 m，采用5層錨桿格構支護，計算得加錨桿后1號滑坡安全系數為Fs=1.303。2號滑坡，坡高21 m，采用4層錨桿格構支護，計算得加錨桿后2號滑坡安全系數為Fs=1.414。滑坡錨桿格構支護設計簡圖見圖5，錨桿支護設計參數如表4所示。

表4 1號、2號滑坡錨桿支護設計表

5 結論與建議

5.1 穩定性分析結論

1號、2號滑坡現狀穩定性數值模擬結果表明，天然狀態下，1號滑坡滑動后邊坡的安全系數為1.77，整體處于穩定狀態，但在靠北側坡腳處局部可能會再次出現失穩。2號滑坡在滑動后邊坡的安全系數為3.02，整體處于穩定狀態，但在北側高程約為170 m處可能會再次出現失穩。

5.2 邊坡加固建議

該工程邊坡巖土體為半膠結狀砂巖，距離施工開挖面較遠的深部強度高，而坡面由于施工擾動、雨水浸潤等，使得巖土體強度顯著降低，建議采用錨桿格構梁措施進行加固。邊坡適當放坡，坡腳設置重力式擋墻，以提高邊坡永久穩定性。