基于FLAC3D的西藏吉隆鎮(zhèn)熱瑪村后山崩塌穩(wěn)定性分析

多吉次旦，邊巴次仁，普布扎西，格桑多吉，米瑪扎西

（西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)， 中國拉薩 851400）

1 危巖基本特征

熱瑪村后山崩塌位于日喀則市吉隆縣吉隆鎮(zhèn)熱瑪村，坡腳處為熱瑪村聚居區(qū)。崩塌后緣高程約3365m，前緣以崩塌可能影響范圍為界，前緣高程3115m，相對高差約250m。勘查區(qū)域斜坡寬度約350m，縱向長約160m，面積約5.6×104m2，斜坡坡向165°～175°，斜坡坡度65°～75°。根據(jù)現(xiàn)場勘查危巖位置分布、變形破壞特征及節(jié)理裂隙分布特征，將勘查區(qū)危巖分為11個(gè)危巖體［1］（見表1）。

表1 吉隆鎮(zhèn)熱瑪村后山崩塌危巖特征

2 模型構(gòu)建

本文計(jì)算模型的構(gòu)建采用實(shí)地勘測、無人機(jī)測繪、三維激光掃描、崩塌調(diào)查表等一手資料確定了邊界、巖性分帶、產(chǎn)狀等要素收集后，使用Rhinoceros griddle三維地質(zhì)建模軟件建立數(shù)值計(jì)算模型并完成單元體劃分，克服了專業(yè)巖土分析軟件FLAC3D在前處理復(fù)雜網(wǎng)格建立中的不足后，通過Rhinoceros-FLAC3D接口程序，將Rhinoceros建立的計(jì)算模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入FLAC3D計(jì)算，充分發(fā)揮FLAC3D在巖土數(shù)值計(jì)算方面的優(yōu)勢。最終計(jì)算模型單元體采用四面體單元（見圖1、圖2），共有1378815個(gè)單元，257001個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型x軸方向長263m，y方向?qū)?60m，z軸方向高334m，底部標(biāo)高為3119，頂部最高處標(biāo)高為3453m。

圖1 斜坡模型總視圖

圖2 斜坡模型正視圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果及8個(gè)典型剖面中的分布情況，分析位移分布情況，判斷模型中崩塌面的穩(wěn)定性問題、不穩(wěn)定情況以及可能發(fā)生崩塌破壞的區(qū)域。為考慮能全面反映模型內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變分布情況和模型不同區(qū)域重要性，選取2處典型剖面，即剖面1和3（見圖3）。

圖3 典型剖面分布

3 位移場

3.1 總位移場分析

模型總位移分布情況如圖4 所示。從位移云圖中可以看出，模型位移分布從上到下呈規(guī)律遞減的趨勢，這與模型左低右高的幾何形態(tài)相吻合?？偽灰谱畲笾党霈F(xiàn)在模型左上角地勢較高處，約為47.8mm，斜坡中部危巖帶部位約為25mm左右。

圖4 總位移視圖

模型位移矢量分布情況如圖5、圖6所示。模型總位移矢量圖中的箭頭指向和長度反應(yīng)了位移的方向和大小值。圖5所示，斜坡頂部、中部的位移值明顯大于斜坡下部，而且方向幾乎平行于z軸，表現(xiàn)出來的就是該部分區(qū)域位移主要由z向的沉降控制。斜坡中部以下區(qū)域一直延伸到模型底部邊界的位移矢量箭頭在斜坡表面部分與z軸有一個(gè)較小的角度，角度隨著高程的減小而增大，這主要是由于巖層受相互之間重力的影響，順著斜坡坡腳方向，位移越來越小。圖6所示，位移矢量圖中危巖帶西側(cè)部有明顯可見的位移突變，說明模型該部位出現(xiàn)了失穩(wěn)現(xiàn)象，處在該部位的1#、3#危巖帶處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 位移矢量正視圖

圖6 移矢量局部集中示意圖

從位移云圖剖面（見圖7、圖8）可觀察到模型內(nèi)部的位移變化和變化強(qiáng)度，由典型剖面1總位移云圖和矢量圖（圖7）可見，1#危巖所在部位位移矢量較多，說明該部位存在較大的位移變化，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此1#危巖可能處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7 典型剖面1總位移云圖和矢量圖

圖8 典型剖面3總位移云圖和矢量圖

3.2 x、y、z向位移場分析

模型z向的位移場分布情況如圖9～圖11所示。從圖中可以看出z向的位移分布規(guī)律和總位移分布規(guī)律相似，在模型左上部位移值最大，約為47mm，沿著z軸負(fù)向呈規(guī)律遞減的趨勢，直到模型底部邊界處位移幾乎為零。模擬結(jié)果顯示模型還有沿z軸正向的位移，最大為0.044mm,結(jié)合剖面圖，可發(fā)現(xiàn)該位移發(fā)生在斜坡坡腳中部，該部位應(yīng)為崩塌堆積物，因受地形線限制，建模上無法精確區(qū)分堆積物與巖體，產(chǎn)生的z軸正向位移屬于數(shù)值模擬內(nèi)的微小誤差，可忽略不計(jì)。z向最大位移出現(xiàn)的位置、大小和總位移值相同，說明此處主要發(fā)生的是受自重影響的沉降位移，x、y向的位移幾乎為零，這從x、y向的位移云圖中可以得到證明。斜坡中部危巖帶的z向位移值在12mm～22mm，而y向的位移值在1mm～7.7mm，x向位移值在0mm～2.3mm。z向位移值比x、y向的位移值大了一個(gè)數(shù)量級，足以說明了總位移云圖及矢量圖中表現(xiàn)出來的斜坡位移主要是沉降位移的規(guī)律。

圖9 z向位移云圖

圖11 典型剖面3z向位移云圖

模型Y向的位移場分布情況如圖12～14所示。在圖中以斜坡頂部為界，模型位移場被分成了兩個(gè)不同的區(qū)域，斜坡頂部為正的位移值（沿Y軸正方向），大小為0mm～0.5mm，頂部以下部分為負(fù)的位移值（沿Y軸負(fù)方向），大小為0mm～7.7mm。出現(xiàn)的位移分布情況與斜坡坡面形態(tài)和巖層的內(nèi)傾構(gòu)造有關(guān)，斜坡頂部的片麻巖層內(nèi)傾，傾向于Y軸正向，這使得該部分巖土體有順著斜坡巖層傾向方向滑動的趨勢，最終造成了這部分的位移值為正值。斜坡頂部以下部分表現(xiàn)的沿斜坡傾向和邊坡傾向的位移值與正常的邊坡位移方向相似，只是表現(xiàn)的位移值較小。

圖10 典型剖面1z向位移云圖

圖12 y向位移云圖

圖13 典型剖面1y向位移云圖

圖14 典型剖面3y向位移云圖

X方向的位移分布情況如圖15～17所示。由于斜坡地表面凹凸不平，地勢較為復(fù)雜，沿x軸正負(fù)方向均存在一定的角度，使得模型在x正負(fù)方向都產(chǎn)生了一定的位移，正位移量值在0mm～2.34mm，負(fù)位移量值在0mm～1.4mm，與z向沉降位移值相比，表現(xiàn)得很小，所以其對模型的穩(wěn)定性影響很?。?］。

圖15 x向位移云圖

圖16 典型剖面1x向位移云圖

圖17 典型剖面3x向位移云圖

4 結(jié)論

基于有限差分?jǐn)?shù)值軟件FLAC3D對熱瑪村后山崩塌危巖體進(jìn)行模擬，選取了能全面反映模型內(nèi)部位移分布情況和模型不同區(qū)域重要性的典型剖面1和3，通過建立模型、參數(shù)賦值，位移場分析對11處危巖危巖進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出1#、3#危巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，2#、4#～11#危巖體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。