陜北某滑坡坡腳開(kāi)挖深度與滑坡失穩(wěn)模式分析

何守業(yè)

（西北有色勘測(cè)工程公司，陜西西安710054）

陜北某滑坡坡腳開(kāi)挖深度與滑坡失穩(wěn)模式分析

何守業(yè)*

（西北有色勘測(cè)工程公司，陜西西安710054）

在陜北地區(qū)，坡腳開(kāi)挖是導(dǎo)致黃土滑坡失穩(wěn)的主要原因之一。隨著開(kāi)挖深度的不同，其失穩(wěn)模式也不盡相同，部分滑坡失穩(wěn)模式為黃土內(nèi)部滑動(dòng)型，部分為黃土—基巖滑坡。以該滑坡調(diào)查、勘察資料為依據(jù)，分析坡腳開(kāi)挖過(guò)程中滑坡變形破壞的特征，為該黃土滑坡坡腳進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)提供參考和依據(jù)，盡可能減少經(jīng)濟(jì)損失。

開(kāi)挖；黃土；滑坡；失穩(wěn)

1 區(qū)域概況及滑坡特征

該滑坡位于陜北黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區(qū)，屬于典型的繼承型和繼承、侵蝕混合型的黃土梁峁區(qū)及河谷階地區(qū)。坡腳基坑開(kāi)挖處位于黃土斜坡坡腳平緩處。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育中—新生代地層，包括侏羅系中統(tǒng)延安組砂巖和第四系土層。第四系遍布全區(qū)，侏羅系地層多在黃土斜坡坡腳出露或埋藏于松散層之下,被第四系地層覆蓋。

根據(jù)鉆探、探槽和基坑開(kāi)挖揭露顯示，在基坑尚未開(kāi)挖時(shí)，該滑坡為黃土—基巖型?；w物質(zhì)組成主要為上更新統(tǒng)（Q3）馬蘭黃土、中更新統(tǒng)（Q2）離石黃土、黃土層下的砂礫石層及侏羅系（J2）泥巖?；虑安炕w地層混亂，表現(xiàn)為粉質(zhì)粘土、泥巖及少量砂礫巖相互錯(cuò)動(dòng)，滑體中后部主要由馬蘭黃土和離石黃土組成?；舆吔缇嗷缕履_約7m，基坑寬度18m，邊坡角度60°，未開(kāi)挖時(shí)基坑所在平面與下方滑面垂直距離約9.5m,滑坡剖面及基坑位置如圖1所示。

圖1 滑坡主剖面及基坑位置

參數(shù)選取采用試樣的室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、滑坡現(xiàn)狀分析進(jìn)行的力學(xué)參數(shù)的反演計(jì)算結(jié)果及參考當(dāng)?shù)鼗禄瑤恋慕?jīng)驗(yàn)值綜合確定，確定滑體C=28kPa，φ=26°；滑帶土C=22kPa，φ=21°。

2 開(kāi)挖深度與失穩(wěn)模式

2.1 建立開(kāi)挖模型

在MIDAS-GTS中創(chuàng)二維建物理模型，坡高65m，縱向長(zhǎng)度150m，將坡體劃分成許多微小的三角形，在軟弱帶附近小三角形尺寸進(jìn)一步縮小。建立開(kāi)挖深度從0～9m的滑坡模型。圖2、圖3為滑坡開(kāi)挖未開(kāi)挖、開(kāi)挖1m、3m時(shí)古滑坡在模擬軟件中所使用的物理模型。

圖2 基坑開(kāi)挖1m時(shí)的物理模型

圖3 基坑開(kāi)挖3m時(shí)的物理模型

2.2 動(dòng)態(tài)開(kāi)挖下滑帶變化

抗滑段由未開(kāi)挖至基坑開(kāi)挖深度到9m動(dòng)態(tài)過(guò)程中，有限元軟件將滑坡劃分成許多微小單元體，計(jì)算出每個(gè)單元的應(yīng)力、應(yīng)變和每個(gè)節(jié)點(diǎn)力及位移，進(jìn)而將應(yīng)變或位移軌跡類(lèi)似的節(jié)點(diǎn)連接成線或帶，應(yīng)變或位移最大的面或帶即為滑面。最大剪應(yīng)變帶發(fā)生明顯變化能說(shuō)明古滑坡滑面發(fā)生改變的情況，滑面的變化將導(dǎo)致古滑坡抗滑力的變化進(jìn)而穩(wěn)定性發(fā)生變化，動(dòng)態(tài)開(kāi)挖過(guò)程中最大剪應(yīng)變模擬結(jié)果如圖4～圖7所示。

圖4 開(kāi)挖1m時(shí)坡體內(nèi)最大剪應(yīng)變?cè)茍D

圖5 開(kāi)挖3m時(shí)坡體內(nèi)最大剪應(yīng)變?cè)茍D

圖6 開(kāi)挖4m時(shí)坡體內(nèi)最大剪應(yīng)變?cè)茍D

圖7 開(kāi)挖5m時(shí)坡體內(nèi)最大剪應(yīng)變?cè)茍D

抗滑段開(kāi)挖深度1m時(shí)，最大剪應(yīng)變范圍變化尚未變化，而剪應(yīng)變值有一定增加。軟弱帶依然在黃土內(nèi)部呈圓弧狀，在坡腳下層在前緣與侏羅紀(jì)砂巖或泥巖相接形成折線滑帶，說(shuō)明抗滑段開(kāi)挖1m后，塑性區(qū)中軟弱帶范圍尚未發(fā)生變化。在滑面不變的前提下，開(kāi)挖減小部分抗滑段重量，降低古滑坡安全儲(chǔ)備。

當(dāng)開(kāi)挖深度增加至4m時(shí)，古滑坡滑軟弱帶范圍雖未發(fā)生明顯變化，但最大剪切應(yīng)變值已有一定幅度增加，軟弱帶在滑面下部與基巖交界處稍有上提，在基坑底面位置與原滑面之間出現(xiàn)應(yīng)變帶。當(dāng)開(kāi)挖深度至5m時(shí)，軟弱帶塑性區(qū)發(fā)生明顯變化，在基坑底部附近由原來(lái)的折線變?yōu)閳A弧狀，出現(xiàn)新的剪出口。下部滑面整體上抬，形成黃土內(nèi)部整體圓弧滑帶，滑坡滑面由坡基式轉(zhuǎn)變成坡體式。且最大剪應(yīng)變集中于坡腳基坑邊緣處。基坑底面距離原折線滑帶中心約5m，由于抗滑段土質(zhì)相對(duì)密實(shí)，因此基坑底面與原滑面之間的土體承擔(dān)了抗滑作用，在此開(kāi)挖深度下，滑面前方土體即原來(lái)的抗滑段已經(jīng)基本失去阻滑作用。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)陜北某黃土邊坡的勘查、室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：該滑坡坡腳基坑開(kāi)挖深度不超過(guò)4m時(shí)，滑坡的失穩(wěn)模式為黃土—基巖滑坡；當(dāng)基坑深度超過(guò)5m時(shí)，滑坡內(nèi)部滑面發(fā)生變化，滑面由坡基式轉(zhuǎn)變成坡體式，在基坑底部將產(chǎn)生新的剪出口，原抗滑段將失去阻滑作用，極大地加速原滑坡的失穩(wěn)。

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P642.22

A

1004-5716(2015)05-0003-03

2014-11-10

2014-11-26

何守業(yè)（1965-），男（漢族），河南三門(mén)峽人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)及研究工作。