降雨開(kāi)挖誘發(fā)順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性與堆積特征

摘要：在自然環(huán)境與工程建設(shè)中，順層巖質(zhì)滑坡因其易發(fā)、頻發(fā)、突發(fā)等特征，一直是地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。以湖北省建始縣大包山滑坡為例，綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、無(wú)人機(jī)（UAV）攝影等手段，開(kāi)展含軟弱夾層結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化規(guī)律試驗(yàn)，考慮強(qiáng)度弱化的降雨-開(kāi)挖聯(lián)合作用，進(jìn)行邊坡動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與堆積特征數(shù)值模擬分析，探討邊坡破壞誘因，揭示邊坡變形機(jī)制。主要結(jié)論如下：① 自然邊坡在天然、暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.35和1.20，開(kāi)挖邊坡在天然、暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.04和0.90；最不利工況下，邊坡第四級(jí)開(kāi)挖后，發(fā)生失穩(wěn)破壞，誘因?yàn)榻涤?開(kāi)挖聯(lián)合作用；② 大包山滑坡破壞模式為典型的滑移-拉裂破壞，即滑坡體前緣側(cè)向隆起，中后緣牽引式滑動(dòng)，后緣發(fā)生拉裂破壞，滑坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面整體性順層平面滑動(dòng)；③ 大包山滑坡的變形破壞和啟滑運(yùn)動(dòng)堆積過(guò)程可劃分為5個(gè)階段，即裂縫發(fā)展貫通階段、啟滑動(dòng)態(tài)響應(yīng)階段、整體高速滑動(dòng)階段、平臺(tái)碰撞制動(dòng)階段、堆積側(cè)向擠滑階段；滑坡前緣于坡腳處堆積，堆積距離約15～25 m，整體滑移水平距離約15 m，滑坡最大位移量高達(dá)30 m。研究成果對(duì)類似順層巖質(zhì)滑坡研究具有一定參考價(jià)值。

關(guān) 鍵 詞：順層巖質(zhì)滑坡； 降雨； 邊坡開(kāi)挖； 數(shù)值模擬； 強(qiáng)度弱化； 大包山滑坡

中圖法分類號(hào)： P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.021

0 引 言

順層巖質(zhì)邊坡系巖層傾向與坡面傾向一致、傾角小于坡角的一類斜坡體［1-3］，受庫(kù)水位變化、降雨、地震、人類工程活動(dòng)等因素影響，巖體沿軟弱層面滑動(dòng)，即為順層巖質(zhì)滑坡［4-5］。該類滑坡具易發(fā)、頻發(fā)、突發(fā)等特征［6-8］，在中國(guó)中西部地區(qū)廣泛發(fā)育，如三峽庫(kù)區(qū)千將坪滑坡、杉樹(shù)槽滑坡、馬家溝滑坡、舊縣坪滑坡等。2018年10月22日17∶20，湖北省恩施州建始縣建恩高速公路右側(cè)山體，沿軟弱層面發(fā)生整體性順層滑移破壞，由于當(dāng)時(shí)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，未造成人員傷亡，僅2輛運(yùn)輸車與3棟房屋受損。

目前，學(xué)者主要圍繞庫(kù)水位波動(dòng)、降雨、地震、工程活動(dòng)等不同誘因，輔以物理模型試驗(yàn)、三維空間影像技術(shù)、數(shù)值模擬等手段，對(duì)順層巖質(zhì)滑坡啟滑判據(jù)、變形破壞特征、穩(wěn)定性特征、動(dòng)力學(xué)特征等開(kāi)展系統(tǒng)研究。例如，譚淋耘等［7］據(jù)三峽庫(kù)區(qū)舊縣坪滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采取多因素綜合過(guò)程分析，定量分析了滑坡變形在不同庫(kù)水位變化過(guò)程下的響應(yīng)特征與誘發(fā)機(jī)制。許明等［8］采用塊體砌筑斜坡振動(dòng)臺(tái)模型，在多維多參數(shù)地震動(dòng)作用下，考慮斜坡不同工況下力學(xué)參數(shù)劣化過(guò)程，研究層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡的地震動(dòng)力響應(yīng)和失穩(wěn)破壞模式。張家明［9］從自重、開(kāi)挖、暴雨、蓄水、地震工況等方面，系統(tǒng)總結(jié)了含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。因順層巖質(zhì)滑坡誘因不同，揭示復(fù)雜工況下邊坡啟滑機(jī)制及變形失穩(wěn)破壞特征成為滑坡研究領(lǐng)域一大關(guān)鍵問(wèn)題。

數(shù)值模擬方法一般可分為有限差分、有限元、離散元及有限離散元等方法，因離散元法在處理復(fù)雜非線性、多尺度、大變形及多場(chǎng)耦合等問(wèn)題上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在邊坡穩(wěn)定性分析問(wèn)題上被廣泛應(yīng)用。例如，秦盼盼等［10］以青石6號(hào)巖質(zhì)岸坡為研究對(duì)象，采用FDEM耦合方法模擬其變形破壞全過(guò)程，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，探究巖體劣化對(duì)岸坡變形破壞演化過(guò)程的影響。唐朝暉等［11］以秭歸縣杉樹(shù)槽滑坡為例，采用FLAC3D軟件模擬滑坡漸進(jìn)破壞過(guò)程，分析順層巖質(zhì)滑坡變形破壞發(fā)展規(guī)律，提出順層巖質(zhì)滑坡加速變形的能量學(xué)判據(jù)。孟桓羽等［12］采用離散元軟件PFC3D，對(duì)山陽(yáng)滑坡運(yùn)動(dòng)堆積過(guò)程進(jìn)行模擬，再現(xiàn)了滑坡體失穩(wěn)后，沿視傾向啟動(dòng)、碰撞和堆積全過(guò)程。UDEC是一款基于離散元法的非連續(xù)介質(zhì)二維數(shù)值模擬軟件，適用于大變形節(jié)理巖體建模與計(jì)算，如巖質(zhì)邊坡的漸進(jìn)破壞研究、邊坡開(kāi)挖巖體穩(wěn)定性分析等。TAN等［13］采用UDEC軟件建立考慮泥質(zhì)夾層厚度及結(jié)構(gòu)面形狀的數(shù)值模型，從細(xì)觀角度揭示了泥質(zhì)結(jié)構(gòu)面的剪切力學(xué)行為和漸進(jìn)破壞機(jī)制，以研究結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的控制作用。顧東明等［14］以巫山龔家坊滑坡為例，考慮庫(kù)水漲落引起的消落帶范圍內(nèi)水巖相互作用，采用UDEC軟件建立滑坡離散元模型，研究了反傾邊坡消落帶巖體侵蝕破壞過(guò)程與滲流作用機(jī)理。

庫(kù)水波動(dòng)、降雨入滲等引起巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化，往往是邊坡破壞的重要誘因，而現(xiàn)有研究中，通過(guò)獲取結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化規(guī)律，嵌入滲流計(jì)算數(shù)值分析，進(jìn)而分析邊坡破壞過(guò)程的成果仍較少。故本文以建始縣大包山滑坡為例，結(jié)合定性分析，基于試驗(yàn)獲取水致巖體結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化的規(guī)律，采用UDEC流固耦合模式，將結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化規(guī)律編程嵌入數(shù)值算法中，分析邊坡在降雨-開(kāi)挖聯(lián)合作用下的變形過(guò)程，探討邊坡破壞誘因，揭示邊坡變形機(jī)制與破壞模式。

1 滑坡概況

1.1 工程概況

建恩高速位于湖北省建始縣境內(nèi)，系安來(lái)高速（G6911）建始縣至恩施市公路段（圖1），對(duì)于大包山邊坡，建恩高速工程設(shè)計(jì)方案為自上而下分四級(jí)開(kāi)挖，開(kāi)挖坡角及坡高逐級(jí)增大，致使前緣形成高陡路塹邊坡［15］。

1.2 工程地質(zhì)條件

建始縣地處新華夏系第三隆起帶，經(jīng)多次地殼運(yùn)動(dòng)，地殼斷陷抬升顯著，滑坡區(qū)屬山地順向斜坡地帶，滑坡體東側(cè)即為高速公路，為滑坡形成提供有利臨空條件（圖1）。

建恩高速路段主要穿越三疊系下統(tǒng)大治組（T1d）地層，滑坡區(qū)出露地層以泥質(zhì)灰?guī)r為主，色灰或深灰，質(zhì)地較軟，含多層軟弱夾層，形成軟硬相間層狀結(jié)構(gòu)。覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積物（Qdl4），以粉質(zhì)黏土為主，厚度極小。

滑坡區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)型山地氣候，年平均氣溫約15℃，雨期集中在夏季。大包山滑坡發(fā)生前后（10月）降雨量統(tǒng)計(jì)如圖2所示，滑前累計(jì)降雨量約51 mm；滑前4 d（即10月18～21日）均有降雨，累計(jì)降雨量24 mm，水分沿貫通節(jié)理入滲，對(duì)軟弱夾層及邊坡巖體抗剪強(qiáng)度起軟化作用。

滑坡后緣居住6戶居民，其年排水量900 m3，坡頂有3處蓄水池，蓄水深度2～3 m，直徑3 m，排水沿節(jié)理裂隙面入滲，長(zhǎng)期入滲效應(yīng)促使滑坡后緣灰?guī)r溶蝕，其巖體力學(xué)強(qiáng)度降低。

區(qū)內(nèi)地下水埋深較大，主要由巖石裂隙水組成，由大氣降水及居民排水補(bǔ)給，滑動(dòng)地層未見(jiàn)明顯地下水出露。降雨及居民排水?dāng)y二氧化碳，沿巖石表面入滲，于節(jié)理處累積，碳酸鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸氫鈣并溶解于地下水中，致巖體完整性降低，力學(xué)強(qiáng)度弱化，溶蝕效應(yīng)促進(jìn)邊坡變形及其滑坡周界形成［15］。

2 結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征及破壞機(jī)制分析

2.1 巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征調(diào)查

滑坡巖層產(chǎn)狀約122°∠22°，傾角略小于坡角，滑坡體為泥質(zhì)灰?guī)r，層厚隨深度增加，范圍在0.2～2.5 m，含多層軟弱夾層，形成軟硬相間層狀結(jié)構(gòu)；滑帶由軟弱夾層組成，層厚約1～5 cm，強(qiáng)度較低的軟弱夾層面構(gòu)成潛在的滑動(dòng)帶；受邊坡區(qū)域原始構(gòu)造應(yīng)力作用，滑坡區(qū)發(fā)育1組“X”形共軛節(jié)理J1、J2（圖3（a）），切割巖體形成層間裂隙，其主要特征統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1；滑坡后緣尚發(fā)育一處長(zhǎng)大貫通節(jié)理。

對(duì)軟弱夾層開(kāi)展XRD礦物成分分析結(jié)果如表2所示，其主要成分為伊利水云母、粉晶方解石、蒙脫石、鐵質(zhì)成分，具有較高的親水性、吸水膨脹性及崩解性。方解石成分遇水溶蝕也會(huì)導(dǎo)致巖石滲透性增強(qiáng)，力學(xué)性質(zhì)下降，與現(xiàn)場(chǎng)其松軟質(zhì)地、用手即能掰碎相符。

2.2 滑坡破壞機(jī)制定性分析

綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、UAV攝影結(jié)果，大包山滑坡主滑方向?yàn)镹E122°，繪制二維主滑剖面（Ⅰ-Ⅰ′）圖3（b），總面積約6 500 m2，估算體積約55 000 m3，滑坡后緣及兩側(cè)巖體發(fā)生滑移拉裂式破壞，形成近垂直陡坎，東側(cè)公路及鄰近房屋產(chǎn)生不同程度下錯(cuò)與水平變形，后緣覆蓋層崩落并堆積于后緣裂縫陡坎中?；w產(chǎn)生順傾向滑移變形，前緣整體滑動(dòng)距離約12～30 m，直抵公路路面，呈鼓丘狀堆積?；潞缶壋式? m高直陡坡，致其北側(cè)形成約3 000 m2變形區(qū)，前緣側(cè)向約束喪失產(chǎn)生卸荷作用，致區(qū)內(nèi)產(chǎn)生多條長(zhǎng)約3～45 cm、寬約2～25 cm的拉張裂縫，走向?yàn)?0°～120° （圖3（c））。

大包山滑坡結(jié)構(gòu)完整，為一典型順層巖質(zhì)滑坡，其發(fā)育過(guò)程可分為3個(gè)階段［15］：

① 發(fā)育良好的節(jié)理及邊坡開(kāi)挖面貫通形成該巖質(zhì)滑坡完整邊界；

② 地下水及地表水對(duì)巖體長(zhǎng)期入滲侵蝕，致邊坡巖體完整性降低，軟弱夾層抗剪強(qiáng)度下降；

③ 在滑前強(qiáng)降雨作用下，滑體沿下部軟弱夾層構(gòu)成滑動(dòng)面整體滑移，邊坡失穩(wěn)破壞。

大包山滑坡的發(fā)生，滑坡區(qū)巖體結(jié)構(gòu)及其軟弱夾層性質(zhì)為內(nèi)在因素，滑前數(shù)日降雨為外部主導(dǎo)因素，邊坡工程開(kāi)挖為誘發(fā)因素，其變形破壞機(jī)制涉及3個(gè)方面：

（1） 構(gòu)造變形與裂隙溶蝕作用?；聟^(qū)內(nèi)形成的1組“X”形節(jié)理，切割巖體形成層間裂隙。降雨及地下水滲透進(jìn)入原生構(gòu)造節(jié)理內(nèi)，與鈣質(zhì)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成溶蝕裂隙。

（2） 邊坡開(kāi)挖卸荷作用。受卸荷作用的影響，順層邊坡形成沿走向的卸荷裂隙。此外，在自重作用下，沿傾向滑動(dòng)變形，原生構(gòu)造節(jié)理與卸荷裂隙擴(kuò)張，為地下水及降雨入滲提供有利的通道條件；邊坡開(kāi)挖卸荷應(yīng)力釋放，軟弱夾層膨脹，其致密結(jié)構(gòu)變得松弛。

（3） 降雨入滲軟化作用。邊坡巖體及軟弱夾層在地表水（降雨）及地下水持續(xù)入滲作用下，抗剪強(qiáng)度降低，直至邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。

3 室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法

3.1 結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化參數(shù)

為獲取結(jié)構(gòu)面參數(shù)并研究軟弱夾層的強(qiáng)度弱化效應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)取軟弱夾層原狀樣，開(kāi)展干燥、飽和狀態(tài)下含軟弱夾層結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)。試樣為100 mm×100 mm×50 mm方形試樣，結(jié)構(gòu)面間夾10 mm厚軟弱夾層，干燥試樣置于烘箱24 h、105°環(huán)境下烘干處理，飽和試樣置于靜水飽和48 h處理。采用恒定法向荷載下的剪切位移控制模式，剪切速率為0.8 mm/min，法向應(yīng)力設(shè)置200，300，400，500，600 kPa五級(jí)，據(jù)摩爾庫(kù)侖定律，對(duì)試樣峰值抗剪強(qiáng)度進(jìn)行線性擬合［15］ （圖4），獲取結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表3。

巖體參數(shù)取值僅考慮塊體密度，取2 500 kg/m3。結(jié)構(gòu)面參數(shù)取值包括完整巖石與巖體裂隙強(qiáng)度及剛度參數(shù)，完整巖石參數(shù)（干燥）主要結(jié)合工程地質(zhì)類比法參考相關(guān)報(bào)告建議值，裂隙強(qiáng)度參數(shù)（干燥）主要來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)，并通過(guò)模型參數(shù)校核，飽和狀態(tài)取值為干燥狀態(tài)×強(qiáng)度弱化系數(shù)KR（一般通過(guò)巖石飽和強(qiáng)度試驗(yàn)取得，考慮溶蝕效應(yīng)，統(tǒng)一設(shè)置為0.8［16-17］）（表4）。

3.2 降雨入滲模擬方法

降雨入滲采取沿坡表等間距均勻注入流量實(shí)現(xiàn)（圖5），據(jù)滑坡發(fā)生前后的最大降雨量數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1），計(jì)算流量Q為3×10-7 m3/s。注入流量后考慮降雨持續(xù)性入滲模擬，直至飽和狀態(tài)計(jì)算平衡。

Q=pmaxt×ldomain×d［12］

（1）

式中：Q為流量，m3/s；Pmax為最大降雨量，mm；d為z方向單位厚度，m；ldomain為流量注入域間距離，m。

飽和狀態(tài)下尚需考慮自重效應(yīng)，即降雨入滲引起巖體容重改變，利用block property density命令更改飽和狀態(tài)下巖體容重。結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度通過(guò)判斷該裂隙是否有滲流，若存在滲流，則采用對(duì)應(yīng)的飽和強(qiáng)度；反之，采用天然強(qiáng)度。

3.3 數(shù)值模型建立

根據(jù)滑坡二維主滑剖面（Ⅰ-Ⅰ′），建立大包山滑坡離散元數(shù)值模型如圖5所示，建模步驟如下：

（1） 幾何模型建立，劃分巖層。生成邊坡二維幾何輪廓，模型垂直高程615～670 m，水平距離約110 m，地層產(chǎn)狀為122°∠22°；按自上而下層間距由密到疏（0.2 m變化至2.5 m），生成節(jié)理面切割劃分不同層厚巖層，傾角為20°。

（2） 層間裂隙劃分，生成巖塊。二維剖面層間裂隙為一組J1節(jié)理，傾向195°～217°，傾角82°～85°。為使巖塊尺寸及裂隙分布具有隨機(jī)性，采用內(nèi)置fish語(yǔ)言編程，調(diào)用random函數(shù)，控制巖塊長(zhǎng)厚比范圍為1.8～2.8［14-15］，基于端點(diǎn)坐標(biāo)平移，實(shí)現(xiàn)節(jié)理裂隙在巖層間隨機(jī)切割，生成貫通裂隙與非貫通裂隙（圖5）。

（3） 模型材料設(shè)置，賦予參數(shù)。數(shù)值模型對(duì)塊體不進(jìn)行網(wǎng)格劃分，僅將巖體材料設(shè)置為剛體，賦予塊體密度。節(jié)理裂隙本構(gòu)模型為摩爾-庫(kù)倫模型，賦予黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ參數(shù)。

（4） 邊界條件設(shè)置，約束模型。對(duì)模型邊界采用位移約束：底邊界約束豎向位移，左右側(cè)邊界約束水平位移，坡面臨空面為自由邊界。滲流場(chǎng)計(jì)算為穩(wěn)態(tài)流計(jì)算模式，底邊界為不透水邊界，左右側(cè)邊界為固定水頭邊界。

（5） 邊坡開(kāi)挖設(shè)置，動(dòng)態(tài)模擬。邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)沿開(kāi)挖邊界分四級(jí)進(jìn)行（圖3），預(yù)生成四處開(kāi)挖體，并進(jìn)行分組，按組刪除開(kāi)挖體實(shí)現(xiàn)階段開(kāi)挖模擬。

（6） 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置，位移監(jiān)測(cè)。沿開(kāi)挖面及邊坡臨空面布設(shè)共計(jì)15處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以同步監(jiān)測(cè)數(shù)值模擬過(guò)程中的邊坡位移。

3.4 計(jì)算工況

針對(duì)大包山滑坡，重點(diǎn)關(guān)注降雨及開(kāi)挖因素分別對(duì)邊坡變形的影響程度。結(jié)合工程需求，開(kāi)展天然工況、暴雨工況、開(kāi)挖工況以及暴雨+開(kāi)挖聯(lián)合工況下邊坡穩(wěn)定性分析與運(yùn)動(dòng)堆積特征研究（表5）。

4 結(jié)果分析

4.1 工況1：自然邊坡天然工況

圖6為天然工況下，自然邊坡強(qiáng)度折減過(guò)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化曲線。該工況下Ks設(shè)置：按0.05梯度，由1.20增至1.40模擬計(jì)算，以判斷邊坡失穩(wěn)破壞臨界狀態(tài)。隨著Ks增大，邊坡位移逐漸增加，即每次折減系數(shù)增大，邊坡變形增加，表現(xiàn)為臺(tái)階狀位移遞增。當(dāng)Ks為1.35時(shí)，邊坡變形增量較為明顯，但呈收斂趨勢(shì)；當(dāng)Ks為1.40時(shí)，變形增量顯著增大，呈不收斂趨勢(shì)。故自然邊坡天然工況下，邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)約為1.35，屬穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7為天然工況下自然邊坡破壞模式，其滑坡周界清晰，后邊界始于邊坡中后部，滑坡體規(guī)模較小，由淺表層完整性較低巖體構(gòu)成。自然邊坡最終破壞模式為滑移-拉裂式［10，18-20］，滑坡體沿表層軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生順層滑移，后緣發(fā)生拉裂破壞，前緣坡腳處水平剪應(yīng)力較為集中，以側(cè)向推移破壞為主，坡腳最大位移量達(dá)0.3 m。

4.2 工況2：自然邊坡暴雨工況

圖8為暴雨工況下，自然邊坡強(qiáng)度折減過(guò)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化曲線，可知，自然邊坡在暴雨工況下是穩(wěn)定的，邊坡最大位移量約0.428 mm。該工況下Ks設(shè)置按0.05梯度，由1.05增至1.25模擬計(jì)算。當(dāng)Ks由1.05增至1.15時(shí)，邊坡變形增大，變形增量較小且收斂；當(dāng)Ks為1.20時(shí)，變形明顯增大，增量約0.0 015 m，但呈收斂趨勢(shì)；當(dāng)Ks為1.25時(shí)，位移增幅顯著加大，呈不收斂趨勢(shì)。故自然邊坡在暴雨工況下，邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)約為1.20。

該工況下邊坡破壞模式與天然工況一致，為滑移-拉裂式，滑坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生順層滑移，后緣發(fā)生拉裂破壞，后緣最大位移量約1.0 m，前緣坡腳處水平剪應(yīng)力較為集中，發(fā)生顯著側(cè)向隆起，坡腳最大位移量達(dá)1.06 m。該工況下，受降雨入滲導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化，邊坡變形量較天然工況增加，表明強(qiáng)度弱化效應(yīng)是控制滑坡發(fā)生的原因之一。

4.3 工況3：開(kāi)挖邊坡天然工況

圖9（a）為邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移隨計(jì)算時(shí)步變化曲線，圖9（b）為各開(kāi)挖階段對(duì)應(yīng)位移云圖，綜合分析可得：

（1） 天然工況下，每一階段開(kāi)挖結(jié)束后，邊坡自由變形總能收斂，表明工程擾動(dòng)后，邊坡整體可維持自身穩(wěn)定，其穩(wěn)定系數(shù)均大于1。

（2） 整體上，隨邊坡開(kāi)挖推進(jìn)，邊坡巖體受擾動(dòng)范圍逐漸增大，邊坡應(yīng)力狀態(tài)重分布，變形量增加，前三級(jí)開(kāi)挖導(dǎo)致邊坡變形量極小，第四級(jí)開(kāi)挖后，邊坡發(fā)生較大變形后保持收斂，最大變形值達(dá)到0.6 mm，表72319d744a7cbc6a16f7deabce02dd37f3982b5b5610fd13c75fa47154aa6497明邊坡開(kāi)挖是控制滑坡發(fā)生的原因之一。

天然工況下，邊坡開(kāi)挖無(wú)較大變形，自然邊坡整體是穩(wěn)定的，該工況下Ks設(shè)置按0.01梯度，由1.02增至1.05模擬計(jì)算，以判斷邊坡失穩(wěn)破壞臨界狀態(tài)。

圖10為天然工況下，開(kāi)挖邊坡強(qiáng)度折減過(guò)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化曲線，當(dāng)Ks為1.02，1.03，1.04時(shí)，變形量較小，曲線基本水平。當(dāng)Ks為1.05時(shí)，變形量呈指數(shù)型增長(zhǎng)，呈不收斂趨勢(shì)，邊坡已發(fā)生失穩(wěn)破壞；當(dāng)Ks為1.02，1.03，1.04時(shí)，開(kāi)挖邊坡整體最大位移量為1 mm，表明邊坡應(yīng)力狀態(tài)未發(fā)生顯著改變，仍能保持自身穩(wěn)定，較大變形區(qū)域主要集中在潛在軟弱滑動(dòng)面上部巖體；當(dāng)Ks為1.05時(shí)，開(kāi)挖邊坡最大位移量突變，達(dá)2 cm，后緣已發(fā)生拉裂破壞，潛在滑動(dòng)面清晰可見(jiàn)，大變形區(qū)域集中在表層巖體。天然工況下，開(kāi)挖邊坡最終穩(wěn)定系數(shù)約為1.04，屬欠穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡雖能保持基本穩(wěn)定狀態(tài)，一旦受降雨、地震等影響，邊坡將失穩(wěn)破壞。

4.4 工況4：暴雨+開(kāi)挖聯(lián)合工況

暴雨工況下，第四級(jí)邊坡開(kāi)挖卸荷后，邊坡形態(tài)改變，前期強(qiáng)降雨作用導(dǎo)致巖體及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化，邊坡巖體最終無(wú)法保持自身穩(wěn)定，經(jīng)反分析計(jì)算得其穩(wěn)定系數(shù)為0.9。

數(shù)值模擬大包山滑坡堆積特征如圖11（b）所示，坡腳完全開(kāi)挖后形成完整臨空面，淺表部巖體構(gòu)成滑坡體，軟弱夾層結(jié)構(gòu)面構(gòu)成滑帶，滑坡后緣發(fā)生拉裂破壞，滑體以整體性順層滑移為主，為典型順層巖質(zhì)滑坡發(fā)育破壞特征。大包山滑坡的變形破壞與啟滑堆積過(guò)程具階段性，可劃分為5個(gè)階段，即裂縫發(fā)展貫通階段、啟滑動(dòng)態(tài)響應(yīng)階段、整體高速滑動(dòng)階段、平臺(tái)碰撞制動(dòng)階段、堆積側(cè)向擠滑階段。模擬結(jié)果顯示計(jì)算10萬(wàn)步后，裂隙已完全貫通，發(fā)生失穩(wěn)破壞形成整體位移，后邊界形成1.54 m寬拉張裂縫，為啟滑動(dòng)態(tài)響應(yīng)階段。計(jì)算20萬(wàn)步后，滑體下部巖體位移增大，逐漸接觸平臺(tái)堆積，為整體高速滑動(dòng)階段。30萬(wàn)～50萬(wàn)步計(jì)算過(guò)程，屬平臺(tái)碰撞制動(dòng)階段，滑體底部巖體運(yùn)動(dòng)速度減小，上部巖體繼續(xù)下滑，滑體整體位移持續(xù)增加，于坡腳平臺(tái)堆積。計(jì)算60萬(wàn)步后，屬堆積側(cè)向擠滑階段，在底部平臺(tái)堆積體阻力作用下，滑體停止運(yùn)動(dòng)，以側(cè)向擠滑為主，前緣于坡腳堆積，堆積距離約15～25 m，后緣發(fā)生拉裂破壞，整體滑移水平距離約15 m，滑坡最大位移量高達(dá)30 m。整體上，滑體底部巖層滑動(dòng)距離為15.0～17.5 m，上部巖層滑動(dòng)距離為18～26 m，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果（圖3（a）、圖11（a））吻合較好，較好地再現(xiàn)了大包山滑坡的破壞堆積過(guò)程。

5 結(jié) 論

（1） 據(jù)強(qiáng)度折減法，得到自然邊坡在天然、暴雨工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.35和1.20，開(kāi)挖邊坡在天然、暴雨工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.04和0.90；天然工況下，坡腳開(kāi)挖后，致滑面露出，邊坡具有較大發(fā)生順層滑坡風(fēng)險(xiǎn)，最不利工況下，第四級(jí)開(kāi)挖后，邊坡變形量顯著增大，發(fā)生失穩(wěn)破壞，邊坡破壞由降雨+開(kāi)挖聯(lián)合作用誘發(fā)。

（2） 大包山滑坡失穩(wěn)破壞模式為滑移-拉裂破壞，滑坡體前緣受水平應(yīng)力主要表現(xiàn)為側(cè)向隆起，中后緣牽引式滑動(dòng)，后緣發(fā)生拉裂破壞，滑坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體性順層平面滑動(dòng)。數(shù)值模擬采用流固耦合方式，再現(xiàn)了滑坡運(yùn)動(dòng)堆積過(guò)程，模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果較為吻合，滑坡前緣于坡腳堆積，堆積距離約15～20 m，后緣發(fā)生拉裂破壞，整體滑移距離約15 m，滑坡最大位移量達(dá)30 m。

（3） 大包山滑坡的變形破壞和啟滑運(yùn)動(dòng)堆積過(guò)程具階段性，可劃分為5個(gè)階段，即裂縫發(fā)展貫通階段、啟滑動(dòng)態(tài)響應(yīng)階段、整體高速滑動(dòng)階段、平臺(tái)碰撞制動(dòng)階段、堆積側(cè)向擠滑階段。

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（編輯：劉 媛）

Stability and accumulation characteristics of bedding rock landslides induced by rainfall-excavation

CUI Yuhan1，GU Dongming1，2，YU Haibing1，2，LYU Hao1，XIE Zhaoyu3

（1.Faculty of Engineering，China University of Geosciences （Wuhan），Wuhan 430074，China； 2.Badong National Geological Disaster Observation and Research Station，China University of Geosciences （Wuhan），Wuhan 430074，China； 3.Hubei Daoze Geotechnical Engineering Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Abstract：

In the natural environment and engineering construction，bedding rock landslides have always been one of the research hotspots in the field of geological disasters due to their characteristics of easy occurrence，frequent occurrence，and sudden occurrence.Taking the Dabaoshan Landslide in Jianshi County，Hubei Province as an example，the strength weakening law test of the structural plane with weak interlayer was carried out by field investigation and UAV photography.Considering the combined effect of rainfall and excavation，a numerical simulation analysis of dynamic stability and accumulation characteristics was conducted to explore the causes of slope failure and reveal the deformation mechanism of the slope.The main conclusions are as follows：① The stability coefficients of natural slopes under natural and rainstorm conditions are 1.35 and 1.20，respectively.The stability coefficients of excavated slopes under natural and rainstorm conditions are 1.04 and 0.90，respectively.Under the most unfavorable conditions，the instability failure occurs after the fourth stage of excavation of the slope，and the inducement is the combined effect of rainfall and excavation.② The failure mode of the slope is a typical slip-crack failure.That is，the front edge of the landslide body is laterally uplifted，the middle and rear edges are traction sliding，the rear edge is tensile failure，and the landslide body is sliding along the weak structural plane.③ The deformation，failure，and accumulation process of the Dabaoshan Landslide can be divided into five stages，namely，the crack development and penetration stage，the dynamic response stage，the overall high-speed sliding stage，the platform collision braking stage，and the accumulation lateral extrusion sliding stage.The front edge of the landslide accumulates at the foot of the slope，the accumulation distance is about 15～25 m，the overall slip horizontal distance is about 15 m，and the maximum displacement of the landslide is up to 30 m.The research results have a certain reference value for the study of similar bedding rock landslides.

Key words：

bedding rock slope； rainfall； slope excavation； numerical simulation； strength weakening； Dabaoshan Landslide