Geo—studio軟件在滑坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用研究

摘 要：滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，其不僅會誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)隱患，更會導(dǎo)致人類生命財產(chǎn)遭受巨大損失。因此，分析滑坡穩(wěn)定性，對于滑坡事故預(yù)防及地質(zhì)災(zāi)害防范意義重大。在研究中，本文主要以某地質(zhì)滑坡工程為例，針對Geo-studio軟件在該滑坡穩(wěn)定性分析中的具體應(yīng)用內(nèi)容展開論述。研究實(shí)踐中，分別基于Geo-studio軟件SLOPE/W模塊下的Janbu算法與Morgenstern-Price算法，對該工程滑坡地質(zhì)在不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計算。研究結(jié)果表明，基于Geo-studio軟件對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，能夠科學(xué)計算自然與暴雨兩種情況下的地質(zhì)邊坡穩(wěn)定參數(shù)，以此為滑坡災(zāi)害防治提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Geo-studio軟件；滑坡穩(wěn)定性；安全系數(shù)；數(shù)據(jù)分析；應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

滑坡等地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的生命、財產(chǎn)損失問題引起社會廣泛關(guān)注；滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，作為邊坡結(jié)構(gòu)安全性防護(hù)的理論基礎(chǔ)，其也成為業(yè)內(nèi)人士研究的重點(diǎn)[1]。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)學(xué)者主要基于有限元分析法與有限平衡法等技術(shù)理論，為滑坡穩(wěn)定性治理提供理論依據(jù)。但上述方法主要通過對地質(zhì)邊坡的塊體穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行連續(xù)離散化分析，以此對連續(xù)體力學(xué)問題進(jìn)行運(yùn)算求解。因而數(shù)據(jù)精度低且運(yùn)算量大[2]?；诖?，本文采用Geo-studio軟件，通過對地質(zhì)滑坡巖土環(huán)境和巖土工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真，并在SLO PE/W模塊下，分別通過改變復(fù)雜滑移面的形狀及土體性質(zhì)和地下孔隙水壓力狀況，在此基礎(chǔ)上采用不同負(fù)荷加載方式進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性治理，可大大提高滑坡總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2 基于Geo-studio軟件的滑坡穩(wěn)定性分析工程實(shí)例

（Engineering example of landslide stability

analysis based on Geo-studio software）

2.1 工程實(shí)例概述

該滑坡為水庫型微順層滑坡，其距某中小型水庫大約2公里。其中，該滑坡結(jié)構(gòu)前緣及后緣高程分別為200m和455m；滑坡整個滑體厚度在30—53m；滑坡前后緣坡長及滑坡東、西向?qū)挿謩e為760m和300m；滑坡面積、體積約0.25平方千米和670萬立方米。該滑坡長期以來受風(fēng)蝕及水流沖刷影響，導(dǎo)致滑坡整體結(jié)構(gòu)呈凹槽型、前窄后寬、中間凸、兩側(cè)較為低緩，所以該水庫型滑坡形狀結(jié)構(gòu)不規(guī)則。

2.2 工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造

從該水庫滑坡的工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)來看，區(qū)域內(nèi)主要以褶皺地質(zhì)構(gòu)造為主，向斜和背斜分別為寬緩狀和緊閉狀。除了背斜與向斜外，該工程地質(zhì)區(qū)域內(nèi)還有層間剪切帶以及裂隙帶和斷帶。

2.3 工程地層巖性特征

從該滑坡整體地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，滑坡滑體中下層結(jié)構(gòu)松散，厚度為1—4米，主要有黃褐色黏土及碎石分布；淺層結(jié)構(gòu)厚度在0.1—2米，主要巖層為石英砂巖與砂巖；滑坡中層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較厚，但巖層密度較小，主要分布有碎屑石和細(xì)砂巖和黏土塊石等。在該滑坡底層結(jié)構(gòu)主要分布有灰綠色以及黃綠色的滑帶土；巖層主要由碎屑和灰白色黏土夾碎石組成，結(jié)構(gòu)分層較為緊密。通過對滑坡中滑帶土的巖層物理屬性特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這類型地質(zhì)結(jié)構(gòu)層主要為低塑性黏土結(jié)構(gòu)，巖層含水量較少，厚度一般在3—10m。但是，在水流長期侵蝕和影響下，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的塑性大大降低，由此誘發(fā)強(qiáng)烈的地質(zhì)災(zāi)害。

2.4 工程地下水文情況

通過對該滑坡內(nèi)地下水文分布情況進(jìn)行勘察分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)工程地質(zhì)地下水位不高。通常情況下，僅僅于滑坡下層局部位置潛藏部分地下水，而含水層的實(shí)際厚度僅為該地質(zhì)滑坡厚度的2.11%，實(shí)際水位深度在1m以下。但是，通過對自然降雨與暴雨兩種工況下的滑坡地下水位進(jìn)行對比、觀測，發(fā)現(xiàn)在暴雨時段，該工程滑坡地下水實(shí)際水位與自然降雨條件下的地下水實(shí)際水位之間存在很大差異。其中，在暴雨時，該滑坡地下水實(shí)際水位會有所上升，通常變化幅度在5.02—5.09m，滑坡下層局部區(qū)域地下水實(shí)際深度可達(dá)6.02m，占該滑坡總厚度的比例約為13.02%。因此，通過對自然與暴雨兩種不同工況下的工程地下水水文變化情況進(jìn)行模擬分析，最終能夠?yàn)镚eo-studio軟件的滑坡穩(wěn)定性計算分析提供參考依據(jù)。

3 基于Geo-studio軟件的滑坡穩(wěn)定性計算分析

（Calculation and analysis of landslide stability

based on Geo-studio software）

3.1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)選取

研究前，分別通過了解該工程概況及對該工程滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、工程地層巖性特征和工程地下水文情況等相關(guān)情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，分別結(jié)合巖體勘查數(shù)據(jù)資料結(jié)果，對該巖土滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三軸試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)分析，最終得到如表1所示的基于Geo-studio軟件的滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)[3]：

從表1中可以看出，三軸試驗(yàn)條件下，滑坡滑帶土總應(yīng)力強(qiáng)度平均值在C cu（kPa）工況下為40.59，而在C cu（°）條件下為15.0，其變范圍為27.6—49.7kPa和12.2—17.4°；該滑坡滑帶土有效應(yīng)力強(qiáng)度在C'cu（kPa）條件下的平均值為35.68，變化范圍為20.7—46.8kPa。但是，在C'cu（°）條件下的變化范圍和平均值分別為17.4—24.0和21.2[4]。

從表2中可以看出，直剪試驗(yàn)條件下滑坡滑帶土峰值強(qiáng)度在C cu（kPa）工況下的變化范圍為8.0—9.2kPa，而其平均參數(shù)值為8.5kPa；但在Φd（°）工況下的變化范圍和平均值分別為16.8—21.3和19.7°；滑坡滑帶土殘余強(qiáng)度在C r（kPa）工況下的變化范圍為7.4—19.8kPa，平均參數(shù)值為14.5kPa；在Φr（°）工況下的變化范圍為15.7—17.8，平均參數(shù)值為17.26。

結(jié)合上述表1和表2兩組巖體力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，通過對我國目前典型工程滑坡滑帶土力學(xué)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行類比分析，最終確定該水庫滑坡穩(wěn)定性分析中，Geo-studio軟件計算中的滑帶抗剪強(qiáng)度c=18kPa，φ=20°，且滑坡滑帶土天然重度γ取值為22kN/m3。

3.2 滑坡穩(wěn)定性計算分析工況條件

在確定上述計算參數(shù)值后，本研究將重點(diǎn)采用Geo-Studio軟件，對SLO PE/W模塊下的工程地質(zhì)滑坡總體三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析[6]。在此基礎(chǔ)上，考慮到該水庫滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)長期受降雨及岸邊水流等外力因素的侵蝕和沖刷影響，故本研究在模擬試驗(yàn)時，分別通過自然降雨與暴雨兩種不同工況，對不同條件下滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化參數(shù)進(jìn)行計算分析。為了簡化分析結(jié)果，降小分析誤差，本研究忽略地震等特殊外力因素對工程滑坡穩(wěn)定性造成的相關(guān)影響。

3.3 滑坡穩(wěn)定性計算分析

（1）計算條件假設(shè)

在常規(guī)的滑坡穩(wěn)定性計算分析中，主要有Morgenstern-Price和Ordinary等方法，本研究著重采用Janbu算法與Morgenstern-Price算法，對該工程滑坡地質(zhì)在不同工況條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，計算工況示意簡圖如圖1所示[7]。

在上述計算簡圖中，相關(guān)計算條件假設(shè)如下：

①[坡面信息]：坡面線段數(shù)（10）；

②[土層信息]：坡面節(jié)點(diǎn)數(shù)（11）；

附加節(jié)點(diǎn)數(shù)（16）；

不同土性區(qū)域數(shù)（2）；

③[滑面信息]：滑面線段數(shù)（7）；

滑面線起始點(diǎn)坐標(biāo)：（-0.000，1.000）；

④[計算條件]：剩余下滑力計算目標(biāo)（計算剩余下滑力）；

剩余下滑力計算時的安全系數(shù)：（1.300）。

（2）計算公式及指標(biāo)

結(jié)合上述相關(guān)計算條件，基于Geo-Studio軟件的Janbu算法與Morgenstern-Price兩種不同算法，對該工程地質(zhì)邊坡和地基穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析，主要分析該滑坡抗滑力矩標(biāo)準(zhǔn)值和滑動力矩設(shè)計值（主要表現(xiàn)為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)），計算公式如下：

（3）計算結(jié)果

最終計算結(jié)果如表3參數(shù)所示。

（4）結(jié)果分析

基于Geo-studio軟件結(jié)合上述相關(guān)指標(biāo)值對計算結(jié)果進(jìn)行擬合，最終分別可得到如下自然降雨和暴雨兩種不同狀態(tài)下的工程滑坡穩(wěn)定性三維剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2和圖3所示。

of landslide stability

由圖2和圖3可知，在上述不同計算指標(biāo)值下，基于Geo-studio軟件分別采用Janbu算法與Morgenstern-Price兩種不同算法，對該工程滑坡地質(zhì)總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在自然降雨?duì)顟B(tài)下/暴雨?duì)顟B(tài)下工程滑坡穩(wěn)定系數(shù)存在一定的差異。其中，自然降雨?duì)顟B(tài)下工程滑坡穩(wěn)定性三維剖面結(jié)構(gòu)擬合安全系數(shù)為1.113，而在暴雨?duì)顟B(tài)下工程滑坡穩(wěn)定性三維剖面結(jié)構(gòu)擬合安全系數(shù)為1.084，前后安全系數(shù)相差約0.029[12]。由此可以確定，降雨強(qiáng)度和降雨量會影響該水庫工程地質(zhì)滑坡結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。在自然降雨條件下，該滑坡結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，而在暴雨?duì)顟B(tài)下，滑坡結(jié)構(gòu)將大大失穩(wěn)，可能會在強(qiáng)降雨沖擊下，使滑坡結(jié)構(gòu)重力增加，摩擦系數(shù)減小，從而誘發(fā)嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害。即使該水庫地質(zhì)滑坡在自然降雨?duì)顟B(tài)下暫時處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著降雨時間和降雨頻率及降雨強(qiáng)度等不斷增加，水庫滑坡結(jié)構(gòu)將會由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍贩€(wěn)定狀態(tài)。

因此，通過上述分析，該工程管理維護(hù)人員要在今后滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防中，著重考慮降雨因素影響，同時定期對工程邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘查和維護(hù)，從而基于Geo-studio軟件，對整個工程滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析，以此提高工程結(jié)構(gòu)治理效率和效益。

4 結(jié)論（Conclusion）

綜上所述，滑坡穩(wěn)定性是工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)維護(hù)、管理中需重點(diǎn)考慮的一大因素。常見的滑坡地質(zhì)災(zāi)害是由多種因素引起，因此在工程結(jié)構(gòu)維護(hù)、整治中，需加強(qiáng)預(yù)防，結(jié)合外力和內(nèi)力影響因素，制定合理的預(yù)防對策。本研究通過引入Geo-studio軟件，分別采用Janbu算法與Morgenstern-Price兩種算法，就自然降雨?duì)顟B(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)下工程滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算，最終認(rèn)為降雨強(qiáng)度和降雨量等因素將會影響滑坡粘聚抗滑力和下滑力，從而使工程滑坡總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)大大下降，從而誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。故今后要加強(qiáng)預(yù)防，通過采用Geo-studio軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算、模擬監(jiān)測，從而提高滑坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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作者簡介：

王鳳岐（1981-），男，本科，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程.