基于FLAC3D的米貝復(fù)式滑坡穩(wěn)定性分析

羅忠行，雷宏權(quán)

(1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇三大隊(duì)， 湖南 長沙 410119；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410112)

0 引言

當(dāng)前，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對自然環(huán)境的改造和利用日益強(qiáng)烈，越來越多的邊坡穩(wěn)定性分析及治理設(shè)計(jì)問題備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注和研究。早期的滑坡研究主要是針對土質(zhì)滑坡，穩(wěn)定性評價(jià)基于土力學(xué)的研究范疇，以材料力學(xué)及簡單的彈塑性理論為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)半理論的研究方法[1]。到了19世紀(jì)中期，隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展加之人類面臨著一系列的滑坡問題，研究人員主要是通過模型試驗(yàn)及大量的室內(nèi)土工試驗(yàn)展開研究。20世紀(jì)60～70年代，對于滑坡的穩(wěn)定性研究，主要是將地質(zhì)分析和力學(xué)機(jī)制聯(lián)系在一起。為了解決復(fù)雜的滑坡問題，研究人員將土體當(dāng)作非均質(zhì)的、各向異性的和非連續(xù)性的彈塑性體、黏彈性體或具有裂隙的脆性體來研究，并開始探索有限元在滑坡穩(wěn)定性中的應(yīng)用[2]。20世紀(jì)80年代以后，對于滑坡的穩(wěn)定性研究趨于完善。在早期研究的基礎(chǔ)上，建立了定量分析理論體系。與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷興起的背景下，數(shù)值模擬已成為滑坡穩(wěn)定性分析的一種重要方法[3]。本文以米貝復(fù)式滑坡為工程背景，在廣泛分析國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用簡潔直觀的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，綜合多種方法分析滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，為滑坡穩(wěn)定性分析及治理工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

米貝滑坡位于中和溪南岸，米貝老街南側(cè)山坡，其前緣臨中和溪，背靠東西走向山體，地勢整體南高北低。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探、井探揭露，米貝滑坡是由前后兩個(gè)單體滑坡組成的復(fù)式滑坡，總體積2.575×105m3，為牽引式中型滑坡。目前H1滑坡周界特征明顯，H2滑坡后緣周界特征較明顯。H2滑坡以H1滑坡左壁作剪出口，滑坡總體形態(tài)為“長舌狀”(圖1、圖2)。現(xiàn)將兩個(gè)單體滑坡特征分?jǐn)⑷缦隆?/p>

圖1 滑坡區(qū)全景Fig.1 Panorama of landslide area

圖2 滑坡平面示意圖Fig.2 Geological map of landslide

H1滑坡：已發(fā)生整體滑動(dòng)，仍然存在二次滑動(dòng)的可能性，屬典型活動(dòng)滑坡?；瑒?dòng)體積約1.729×105m3，前緣水平滑距48 m；滑體由崩滑堆積體組成，總體上為雙層土結(jié)構(gòu)，上部為粉質(zhì)黏土，下部為碎石，局部夾塊石層，為滑動(dòng)過程擠壓、切割強(qiáng)風(fēng)化巖石形成?；麦w厚度6.0～16.0 m，平均厚度10.0 m；滑動(dòng)面位于土、巖接觸面，滑面因滑動(dòng)磨蝕作用形成摩擦鏡面。受滑坡擾動(dòng)及拖曳，滑面處形成厚度約0.1～0.3 m 的滑帶，物質(zhì)組成主要為粉質(zhì)黏土。本滑坡的滑面主要受巖土性質(zhì)、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙、風(fēng)化程度差異的影響，多段性特征較明顯，大致呈折線形；滑床為上元古界板溪群五強(qiáng)溪組灰綠色、青灰色板巖，風(fēng)化不均，局部強(qiáng)風(fēng)化帶厚達(dá)11.3 m，裂隙發(fā)育，裂隙率0.68%～1.59%。傾向?yàn)楸蔽?北北西單斜巖層，傾向320°～340°，傾角30°～40°。

H2滑坡：處在蠕變階段，滑坡局部變形，主要集中在坡體上部，為新滑坡。體積約8.46×104m3；滑體由第四系殘坡積層及上元古界板溪群五強(qiáng)溪組板巖層組成?；麦w厚度4.1～10.5 m，平均厚8.0 m；主滑面暫未形成，根據(jù)鉆探及淺井揭露顯示，局部位置揭露到滑帶，厚度0.1 m，同時(shí)考慮坡體穩(wěn)定的不利因素，綜合確定潛在滑動(dòng)面為土體與巖層界面或巖體內(nèi)層面，埋深、滑帶的物質(zhì)組成與滑體土基本相同。土體與巖層界面的滑動(dòng)面主要受巖土界面的起伏而變化，大致呈折線形；巖體內(nèi)層面的滑動(dòng)面主要受巖層產(chǎn)狀的控制，基本為一平面，僅局部因產(chǎn)狀的變化而稍有起伏。

滑坡區(qū)的地表水，隨季節(jié)性變化大，多順坡向排泄。地下水類型包括松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，主要來源于大氣降水及地表水補(bǔ)給，以滲流的形式排泄于坡腳、溝谷和陡坎之下或前緣河道內(nèi)。

本滑坡的穩(wěn)定性受多種因素影響，根據(jù)現(xiàn)場勘查資料分析，大氣降水對滑坡變形起到促進(jìn)作用?；w表層土孔隙大，結(jié)構(gòu)松散，大氣降水容易入滲。本區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，暴雨具有強(qiáng)度大，時(shí)間短的特點(diǎn)，雨水入滲增加了坡體堆積物的自重和下滑力，坡體穩(wěn)定性變差。此外結(jié)合降雨資料，2014年6月1日—7月5日，米貝總降水量449.0 mm，比歷史同期的224.1 mm多224.9 mm；特別是7月1—4日，連續(xù)4天強(qiáng)降水，總降雨量147.6 mm，持續(xù)性降雨造成土壤水分長時(shí)間處于飽和狀態(tài)，易誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。為考慮滑坡的最不利狀態(tài)，本文選用兩種計(jì)算工況，即天然工況：自重+地下水位、暴雨工況：自重+暴雨+地下水位。

2 整體強(qiáng)度折減法分析H1滑坡穩(wěn)定性

2.1 FLAC3D計(jì)算原理

如圖3所示，在計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)，首先選取坡體內(nèi)任一點(diǎn)A，其應(yīng)力狀態(tài)可以用應(yīng)力莫爾圓表示。A點(diǎn)未進(jìn)行折減時(shí)，其強(qiáng)度包絡(luò)線位于莫爾圓之上。對A點(diǎn)逐步進(jìn)行折減時(shí)，強(qiáng)度包絡(luò)線會(huì)逐步下移，當(dāng)包絡(luò)線與莫爾圓相切時(shí)，該點(diǎn)達(dá)到其臨界平衡狀態(tài)，開始破壞，此時(shí)A點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)即為強(qiáng)度折減后修正的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)坡體內(nèi)類似A點(diǎn)的破壞點(diǎn)逐漸增多時(shí)，邊坡開始出現(xiàn)整體變形。此時(shí)，邊坡塑性區(qū)貫通，軟件會(huì)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，此時(shí)的折減系數(shù)即為邊坡的最小安全系數(shù)[4-5]。

圖3 強(qiáng)度折減法示意圖Fig.3 Diagram of strength reduction method

在FLAC3D中，采用軟件內(nèi)嵌solve fos命令自動(dòng)查找邊坡的安全系數(shù)，其原理即為強(qiáng)度折減。該命令利用式(1)、(2)，對巖土體黏聚力c及內(nèi)摩擦角φ進(jìn)行調(diào)整，通過不斷的調(diào)整安全系數(shù)Ft，對邊坡進(jìn)行數(shù)值分析，當(dāng)計(jì)算正好發(fā)散時(shí)，邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，求得安全系數(shù)Ft。

ct=c/Ft

(1)

φt=arctan(tanφ/Ft)

(2)

式中：ct——折減后黏聚力；

φt——折減后內(nèi)摩擦角；

Ft——折減系數(shù)。

2.2 模型建立

此次模擬基于米貝復(fù)式滑坡H1滑坡體B-B′剖面建模，考慮一個(gè)支護(hù)單元寬度，設(shè)置模型尺寸230 m×10 m×132 m，上部為自然地形；采用ANSYS劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸1.5～3.0 m，單元數(shù)18 920。采用摩爾庫倫屈服準(zhǔn)則，模型未施加水平及豎直向邊界力，計(jì)算時(shí)僅考慮重力作用。幾何模型及初始自重應(yīng)力場見圖4、圖5。根據(jù)該滑坡實(shí)際情況特點(diǎn)，計(jì)算時(shí)考慮兩種計(jì)算工況，天然工況和暴雨工況，考慮地下水對滑坡體的影響。

圖4 地層及幾何模型Fig.4 The model of stratigraphic and geometric

圖5 初始自重應(yīng)力場Fig.5 Initial self weight stress field

2.3 參數(shù)選取

計(jì)算參數(shù)主要參照勘查報(bào)告提供的數(shù)值，部分參數(shù)根據(jù)相同條件下的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值，其中H1滑坡滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)見表1。

2.4 FLAC3D求解過程

采用FLAC3D強(qiáng)度折減法求解滑坡安全系數(shù)時(shí)，通常通過內(nèi)置solve fos命令及自編強(qiáng)度折減法實(shí)現(xiàn)。自編強(qiáng)度折減法原理即為二分法原理，地層的黏聚力c、tanφ采用相同的折減系數(shù)Ks。每步折減后，若不收斂，則Ks向下二分；若收斂，則Ks向上二分；最終Ks收斂，通過記錄Ks變化曲線，得到滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

表1 H1滑坡滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)

本文通過FLAC3D強(qiáng)度折減法計(jì)算H1滑坡天然工況及暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算模型及參數(shù)見表1，采用自編強(qiáng)度折減法編寫命令流。

計(jì)算飽和工況時(shí)，根據(jù)勘查剖面圖，建立地下水面，并賦予水壓力，對巖土體參數(shù)采用飽和強(qiáng)度計(jì)算。

2.5 FLAC3D求解結(jié)果及分析

運(yùn)行命令流后，調(diào)整背景顏色為白色，通過輸入 Plotfos cont ssi outline on vel red命令，分別輸出天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下的安全系數(shù)，剪切應(yīng)變增量及速度矢量圖。

2.5.1天然狀態(tài)

①通過圖6可以看出，利用FLAC3D強(qiáng)度折減法計(jì)算出來的滑坡天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)是1.098，說明該滑坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 Ks折減過程曲線Fig.6 Curve of Ks reduction process

②通過圖7可以看出，滑坡在自重應(yīng)力作用下達(dá)到平衡，滑體變形位移呈現(xiàn)出規(guī)律性變化：滑坡中后緣(剖面凸起處)位移達(dá)到0.1～0.3 m，與現(xiàn)場后緣裂縫寬度較為一致；滑坡前緣位移量達(dá)到0.3～0.5 m，且越靠近臨空面變形位移值越大，與現(xiàn)場滑坡前緣出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象較吻合。從位移變化規(guī)律可以看出，該滑坡位移分布相對均勻，滑體沿滑動(dòng)面呈現(xiàn)整體滑動(dòng)跡象，滑面以下滑床部分位移值相同，處于穩(wěn)定狀態(tài)；此外，滑坡前緣位移明顯大于滑坡后緣，坡體向臨空方向剪切蠕動(dòng)，滑坡變形破壞模式應(yīng)屬于牽引式滑坡。

圖7 總應(yīng)變率云圖Fig.7 Total strain rate nephogram

③從圖8、圖9可以看出，正處于剪切屈服狀態(tài)，單元連成的條形區(qū)域已基本貫通整個(gè)滑坡體，塑性貫通區(qū)即為潛在滑動(dòng)面位置。從速度矢量圖可以看出，天然狀態(tài)下，滑面以上網(wǎng)格位移速度明顯大于其他區(qū)域位移速度，說明該區(qū)域滑體已發(fā)生明顯變形(破壞)，滑坡整體穩(wěn)定性較差。

圖8 速度矢量圖Fig.8 Dagram of velocity vector

圖9 應(yīng)變增量分布圖Fig.9 Dagram of strain increment

2.5.2飽和狀態(tài)

①通過圖10可以看出，利用FLAC3D強(qiáng)度折減法計(jì)算出來的滑坡暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定系數(shù)是0.973，說明該滑坡在連續(xù)強(qiáng)降雨?duì)顟B(tài)下會(huì)發(fā)生整體滑動(dòng)。

②通過圖11可以看出，在強(qiáng)降雨作用下，滑坡體內(nèi)地下水位上升，滑體變形位移較之天然狀態(tài)下發(fā)生較大變化：滑坡中后緣(剖面凸起處)最大位移達(dá)到0.5 m，說明裂縫隨著強(qiáng)降雨條件會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，有形成后緣陡坎趨勢；滑坡前緣靠近臨空面變形位移值達(dá)到4.5 m，說明該滑坡在強(qiáng)降雨作用下坡體發(fā)生整體滑動(dòng)，部分松散體會(huì)堆積至滑坡前緣。與Ks折減計(jì)算出安全系數(shù)0.973比較吻合。

圖10 Ks折減過程曲線Fig.10 Curve of Ks reduction process

圖11 總應(yīng)變率云圖Fig.11 Total strain rate nephogram

③從圖12、圖13可以看出，正處于剪切屈服狀態(tài)單元連成的條形區(qū)域已貫通整個(gè)滑坡體，滑動(dòng)面已完全貫通，坡體發(fā)生整體滑動(dòng)。速度矢量圖有力佐證這一分析，滑面以上網(wǎng)格位移速度遠(yuǎn)大于其他區(qū)域位移速度，說明該區(qū)域滑體已發(fā)生明顯破壞，滑坡整體穩(wěn)定性差。

3 雙參數(shù)強(qiáng)度折減法分析H1滑坡穩(wěn)定性

3.1 計(jì)算原理

雙參數(shù)強(qiáng)度折減法較整體強(qiáng)度折減法原理區(qū)別在于對黏聚力及內(nèi)摩擦角采用不同的折減系數(shù)進(jìn)行折減，能夠準(zhǔn)確的反映黏聚力及內(nèi)摩擦角在坡體滑動(dòng)時(shí)發(fā)揮的先后順序及貢獻(xiàn)程度。采用雙參數(shù)進(jìn)行折減，需要解決的問題有兩個(gè)。一是黏聚力及內(nèi)摩擦角折減系數(shù)關(guān)系的確定；二是安全系數(shù)的求解。袁維[6]提出，c-tanφ臨界曲線(圖4)及其表達(dá)式：

(3)

圖13 應(yīng)變增量分布圖Fig.13 Dagram of strain increment

式中：c——黏聚力；

φ——內(nèi)摩擦角；

m、n、h——待定系數(shù)。

分析圖14可知使邊坡達(dá)到臨界狀態(tài)的折減路徑有無數(shù)種，依據(jù)最小值原理，邊坡失穩(wěn)時(shí)，必將沿著一個(gè)抗滑力最小的面滑動(dòng)，因此臨界滑動(dòng)面的搜索就可以轉(zhuǎn)化為P點(diǎn)距離曲線最短距離的求解問題。定義P點(diǎn)到曲線的距離為D，表達(dá)式如下：

(4)

根據(jù)式(4)，當(dāng)D2取最小值時(shí)，定義此時(shí)的黏聚力值為cr，根據(jù)公式(3)可求得此時(shí)的tanφr。由此可求得黏聚力及摩擦角對應(yīng)的折減系數(shù)：

(5)

式中：kc，kφ——黏聚力及內(nèi)摩擦角對應(yīng)的折減系數(shù)。

圖14 邊坡整體安全系數(shù)的定義Fig.14 Definition of overrall safety factor of slope

基于以上研究，本文參照前人[7]提出的一種計(jì)算安全系數(shù)的方法，對米貝滑坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，即：

(6)

式中：kslope——邊坡的整體安全系數(shù)。

3.2 基于FLAC3D雙參數(shù)折減法計(jì)算方法

3.3 FLAC3D求解結(jié)果及分析

通過以上命令計(jì)算，輸入 Plotfos cont ssi outline on vel red命令，輸出kslope折減過程曲線，剪切應(yīng)變增量及速度矢量圖。

3.3.1天然狀態(tài)

①通過圖15可以看出，利用FLAC3D雙參數(shù)強(qiáng)度折減法計(jì)算出來的滑坡天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)是1.024，說明該滑坡目前正處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖15 kslope折減過程曲線Fig.15 Curve of kslope reduction process

②通過圖16可以看出，滑坡最大位移出現(xiàn)在滑坡前緣，位移值在0.5～0.58 m，坡體中后緣位移值0.2～0.4 m，該值變化規(guī)律及范圍與整體強(qiáng)度折減法較為一致。從位移云圖可以看出，該滑坡位移分布相對均勻，滑體沿滑動(dòng)面呈現(xiàn)整體滑動(dòng)跡象，坡體向臨空方向剪切蠕動(dòng)，滑坡變形破壞模式應(yīng)屬于牽引式滑坡。

圖16 總位移云圖Fig.16 Total strain rate nephogram

③從圖17、圖18可以看出，正處于剪切屈服狀態(tài)的單元連成的條形區(qū)域已基本貫通整個(gè)滑坡體，塑性貫通區(qū)即為潛在滑動(dòng)面。從速度矢量圖可以看出，天然狀態(tài)下，滑面以上網(wǎng)格位移速度明顯大于其他區(qū)域，說明該區(qū)域滑體已發(fā)生明顯變形(破壞)，與該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)較為吻合。

圖17 速度矢量圖Fig.17 Dagram of velocity vector

圖18 塑性區(qū)分布圖Fig.18 Dagram of strain increment

3.3.2飽和狀態(tài)

①通過圖19可以看出，利用雙參數(shù)強(qiáng)度折減法計(jì)算暴雨?duì)顟B(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)是0.891，說明該滑坡在連續(xù)強(qiáng)降雨?duì)顟B(tài)下會(huì)發(fā)生整體滑動(dòng)。

圖19 kslope折減過程曲線Fig.19 Curve of kslope reduction process

②通過圖20可以看出，在強(qiáng)降雨作用下，滑坡體內(nèi)地下水位上升，滑體變形位移較天然狀態(tài)下發(fā)生較大變化：滑坡中后緣(剖面凸起處)最大位移達(dá)到0.8～1.6 m，說明裂縫隨強(qiáng)降雨條件會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，形成后緣陡坎；滑坡前緣靠近臨空面變形位移值達(dá)到2.0 m，說明該滑坡在強(qiáng)降雨作用下坡體發(fā)生整體滑動(dòng)，部分松散體會(huì)堆積至滑坡前緣。與kslope折減計(jì)算出安全系數(shù)0.891比較吻合。

圖20 總位移云圖Fig.20 Total strain rate nephogram

圖21 速度矢量圖Fig.21 Dagram of velocity vector

③從圖21、圖22可以看出，正處于剪切屈服狀態(tài)單元連成的條形區(qū)域已貫通整個(gè)滑坡體，滑動(dòng)面已完全貫通，坡體發(fā)生整體滑動(dòng)。速度矢量圖有力佐證這一分析，滑面以上網(wǎng)格位移速度遠(yuǎn)大于其他區(qū)域位移速度，說明該區(qū)域滑體已發(fā)生明顯破壞，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 兩種計(jì)算方法對比分析

4.1 兩種計(jì)算方法下安全系數(shù)比較

根據(jù)上文計(jì)算分析，針對H1滑坡，采用整體強(qiáng)度折減法和雙參數(shù)強(qiáng)度折減法在天然狀態(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)下分別計(jì)算的安全系數(shù)如表2所示。

表2 H1滑坡安全系數(shù)計(jì)算對比表

天然狀態(tài)下，兩種方法計(jì)算結(jié)果均大于1.0，小于1.1，說明滑坡處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑體主要是坡面突出位置粉質(zhì)黏土層，滑面深入到下部碎石層，兩種方法評判結(jié)果基本一致。

暴雨?duì)顟B(tài)下，兩種方法計(jì)算結(jié)果均小于1.0，滑面和滑體擴(kuò)展至坡腳，說明該滑坡在強(qiáng)降雨作用下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，需要進(jìn)行治理。

4.2 兩種計(jì)算方法滑面位置比較分析

兩種折減法搜索到的滑坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面較為接近，但仍存在差異。采用雙參數(shù)強(qiáng)度折減法得到的滑面比整體強(qiáng)度折減法的要深，更接近滑坡勘查揭露滑面位置，塑性區(qū)范圍要大，顯示更清楚。

從現(xiàn)場實(shí)際情況及工程安全的角度出發(fā)，采用雙參數(shù)折減法分析的結(jié)果更接近實(shí)際情況，邊坡治理后安全性較高(圖23、圖24)。

圖22 塑性區(qū)分布圖Fig.22 Dagram of strain increment

圖23 天然狀態(tài)下滑動(dòng)面差異Fig.23 Difference of sliding surface in natural state

圖24 暴雨?duì)顟B(tài)下滑動(dòng)面差異Fig.24 Difference of sliding surface in rainstorm state

5 基于雙參數(shù)強(qiáng)度折減法的H2滑坡穩(wěn)定性分析

5.1 模型建立及計(jì)算參數(shù)選取

采用H2滑坡主剖面F-F′剖面建模，考慮一個(gè)支護(hù)單元寬度，上部為自然地形；采用ANSYS劃分網(wǎng)格，共劃分8 700個(gè)節(jié)點(diǎn)，4 218個(gè)六面體單元。模型未施加水平及豎直向邊界力，計(jì)算時(shí)僅考慮重力作用。幾何模型及初始自重應(yīng)力場見圖25、圖26。計(jì)算參數(shù)主要參照勘查報(bào)告提供的數(shù)值，部分參數(shù)根據(jù)相同條件下的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值，其中H2滑坡滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)見表3。

表3 H2滑坡滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)

圖25 地層及幾何模型圖Fig.25 The model of stratigraphic and geometric

圖26 初始自重應(yīng)力場Fig.26 Initial self weight stress field

5.2 雙參數(shù)折減法分析滑坡穩(wěn)定性

根據(jù)H2滑坡實(shí)際情況特點(diǎn)，計(jì)算時(shí)考慮兩種計(jì)算工況：天然工況和暴雨工況，考慮地下水對滑坡體的影響。本次計(jì)算采用最小值原理及自編強(qiáng)度折減法，對H2滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果如下：

5.2.1天然狀態(tài)(圖27～圖30)

圖27 kslope折減過程過程曲線Fig.27 Curve of kslope reduction process

圖28 總位移云圖Fig.28 Total strain rate nephogram

圖29 速度矢量圖Fig.29 Dagram of velocity vector

圖30 塑性區(qū)分布圖Fig.30 Dagram of strain increment

5.2.2飽和狀態(tài)(圖31～圖34)

圖31 kslope折減過程曲線Fig.31 Curve of kslope reduction process

圖34 塑性區(qū)分布圖Fig.34 Dagram of strain increment

(1)通過kslope折減過程過程曲線可以看出，利用FLAC3D雙參數(shù)強(qiáng)度折減法計(jì)算出來的H2滑坡天然狀態(tài)下安全系數(shù)是1.124，說明該滑坡目前正處于基本穩(wěn)定狀態(tài);暴雨?duì)顟B(tài)下安全系數(shù)為0.912，該滑坡在連續(xù)強(qiáng)降雨?duì)顟B(tài)下已經(jīng)處于失穩(wěn)狀態(tài)。

(2)通過對比分析兩種工況下的整體位移云圖，可以看出：天然工況下滑坡最大位移出現(xiàn)在滑坡前緣，坡體位移分布相對均勻，滑體沿滑動(dòng)面呈現(xiàn)整體滑動(dòng)跡象，坡體向臨空方向剪切蠕動(dòng)，滑坡變形破壞模式應(yīng)屬于牽引式滑坡。在強(qiáng)降雨作用下，滑坡體內(nèi)地下水位上升，滑體變形位移較之天然狀態(tài)下發(fā)生較大變化：滑坡中后緣位移變化急劇增加，說明裂縫隨著強(qiáng)降雨條件會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，形成后緣陡坎；滑坡前緣靠近臨空面變形位移值達(dá)到0.977 m，說明該滑坡在強(qiáng)降雨作用下坡體發(fā)生整體滑動(dòng)，部分松散體會(huì)堆積至滑坡前緣。

(3)從塑性區(qū)云圖可以看出，天然狀態(tài)下坡體塑性區(qū)的底部，基本上處于剪切屈服狀態(tài)，代表單元處于剪切屈服狀態(tài)，該部分單元連成的條形區(qū)域已基本貫通整個(gè)滑坡體，即塑性貫通區(qū)即為潛在滑動(dòng)面位置，這也與總應(yīng)變率云圖揭示的滑動(dòng)面位置相吻合。暴雨?duì)顟B(tài)下，處于剪切屈服狀態(tài)的單元連成的帶狀區(qū)域已貫通整個(gè)滑坡體，滑動(dòng)面已完全貫通，坡體發(fā)生整體滑動(dòng)。

5.3 H2滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)預(yù)測分析

綜合分析位移變形云圖，可以發(fā)現(xiàn)天然狀態(tài)塑性區(qū)均位于土層中，上部為拉塑性區(qū)、下部為剪塑性區(qū)；飽和狀態(tài)時(shí)當(dāng)前塑性區(qū)沿巖-土接觸面擴(kuò)展?；虑熬壭巫兞枯^后緣變形量大，在其前緣形成臨空面，坡體內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生改變，后緣相繼形成張拉裂縫，滑坡處于極限平衡狀態(tài)。因此，按照滑坡受力狀態(tài)，該處滑坡應(yīng)屬于牽引式滑坡。在持續(xù)強(qiáng)降雨等不利條件下，H2滑坡發(fā)生整體滑動(dòng)可能性較大，與現(xiàn)場滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)及詳細(xì)勘查結(jié)論基本一致。

6 數(shù)值模擬與極限平衡穩(wěn)定性計(jì)算方法對比分析

為了進(jìn)一步說明數(shù)值模擬方法的實(shí)用性及準(zhǔn)確性，本文對H1滑坡B-B′剖面、H2滑坡F-F′剖面天然狀態(tài)下，依據(jù)詳細(xì)勘查成果，采用極限平衡法進(jìn)行條分計(jì)算安全系數(shù)，兩者計(jì)算結(jié)果對比表詳見表3。

表3 安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果對比表

對比以上兩種計(jì)算方法可以看出:天然工況下，H1滑坡數(shù)值模擬法與極限平衡法計(jì)算得出的安全系數(shù)結(jié)果較為接近；H2滑坡數(shù)值模擬法計(jì)算得出的安全系數(shù)較極限平衡法略高。分析二者相同及差異原因，可得出以下結(jié)論：(1)H1滑坡屬典型活動(dòng)滑坡，滑面位置確定，滑帶參數(shù)較準(zhǔn)確，提高了極限平衡法安全系數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而也說明基于雙參數(shù)折減法滑坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果的可靠性；(2)H2滑坡目前處于蠕動(dòng)變形階段，滑面未貫穿，極限平衡法基于詳細(xì)勘查成果中推測的滑面位置及滑帶參數(shù)進(jìn)行條分理論計(jì)算；數(shù)值模擬法則基于滑坡應(yīng)力場及坡體變形綜合分析邊坡滑動(dòng)的最危險(xiǎn)滑裂面，并得出相應(yīng)的位移場、應(yīng)力場在相應(yīng)工況下的漸進(jìn)破壞過程，其計(jì)算結(jié)果精度較高，更接近實(shí)際情況，成果資料更直觀，更具有設(shè)計(jì)參考價(jià)值。

7 結(jié)論

(1)基于FLAC3D數(shù)值模擬方法對米貝復(fù)式滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，搜索到的滑動(dòng)面位置、坡體變形位移與現(xiàn)場監(jiān)測、地勘成果資料基本一致；H1滑坡天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨?duì)顟B(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)發(fā)生二次整體失穩(wěn)破壞；H2滑坡天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨?duì)顟B(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在整體滑動(dòng)的可能。

(2)比較整體強(qiáng)度折減法與雙參數(shù)強(qiáng)度折減法，兩種理論確定的滑坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面較為接近，但仍存在差異。采用雙參數(shù)強(qiáng)度折減法得到的H1滑坡滑面比整體強(qiáng)度折減法的要深，更接近詳細(xì)勘查揭露滑面位置，塑性區(qū)范圍要大，顯示更清楚。從工程安全的角度出發(fā)，采用雙參數(shù)折減法分析的結(jié)果比較保守，滑坡治理后安全性較高。

(3)針對蠕變型滑坡，數(shù)值模擬法較極限平衡法計(jì)算結(jié)果精度較高，更接近實(shí)際情況。該方法除了可提供可靠的安全系數(shù)外，還能直觀的反映最危險(xiǎn)滑面位置及應(yīng)力場、位移場漸近破壞狀態(tài)，可為工程最優(yōu)設(shè)計(jì)參考。