青海八大山滑坡群形成機制及穩(wěn)定性評價研究_圖文

1、第27卷第4期巖石力學(xué)與工程學(xué)報V ol.27 No.4 2008年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April,2008青海八大山滑坡群形成機制及穩(wěn)定性評價研究崔芳鵬1,胡瑞林1,譚儒蛟1,楊坤2,于進慶1,張明1,王立朝3,李雄4(1. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程地質(zhì)力學(xué)重點實驗室,北京 100029;2. 山東科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,山東青島 266510;3. 中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081;4. 湖南百利工程科技有限公司勘察分公司,湖南岳陽 414007摘要:在對青海八大山滑坡群進行現(xiàn)場勘查、室

2、內(nèi)試驗和相關(guān)論證的基礎(chǔ)上,闡述該滑坡群的基本特征和形成機制,并運用極限平衡分析法和數(shù)值模擬對該滑坡群在預(yù)設(shè)不同工況下的穩(wěn)定性進行計算和評價;同時,對與750 kV 官亭蘭州東輸電線路塔基穩(wěn)定性關(guān)系密切的滑坡H3,H4,H5進行重點研究。研究結(jié)果表明,天然狀態(tài)下,滑坡H3,H4,H5的整體穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.10,處于基本穩(wěn)定及穩(wěn)定狀態(tài),該狀態(tài)下的20#,21#,22#塔基穩(wěn)定性可滿足要求;在暴雨工況下,滑坡H3的穩(wěn)定性系數(shù)略小于1.05,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),滑坡H4處于基本穩(wěn)定狀態(tài),而滑坡H5仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。受此影響,20#塔基安全性受到威脅,而21#,22#塔基仍可滿足穩(wěn)定要求;在烈度為VII

3、 度地震狀態(tài)下,滑坡H3,H4,H5的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.0,處于不穩(wěn)定狀態(tài),20#,21#,22#塔基的穩(wěn)定性也因此而無法得到保障。此外,敏感性分析結(jié)果表明,滑體內(nèi)摩擦角是影響滑坡群穩(wěn)定性的最敏感因素。最后,基于滑坡形成機制和定量評價結(jié)果,提出為提高滑坡穩(wěn)定性應(yīng)采取的工程加固措施,為輸電線路的安全運行提供了物質(zhì)保障,具有較高的實踐和理論意義。關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬;八大山滑坡群;滑坡特征;形成機制;極限平衡分析法;敏感性分析中圖分類號:O 242 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:10006915(200804084810STUDY ON FORMATION MECHANISM AND STABILITY

4、 EV ALUATION OF BADASHAN LANDSLIDE GROUP IN QINGHAI PROVINCECUI Fangpeng1,HU Ruilin1,TAN Rujiao1,YANG Kun2,YU Jinqing1,ZHANG Ming1,WANG Lichao3,LI Xiong4(1. Key Laboratory of Engineering Geomechanics,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China;2. College of N

5、atural Resources and Environmental Engineering,Shandong University of Science and Technology, Qingdao,Shandong266510,China;3. China Institute of Geoenvironmental Monitoring,Beijing100081,China;4. Baili Engineering Technology Limited Company,Yueyang,Hunan414007,ChinaAbstract:Based on field investigat

6、ion,indoor test and related studies of Badashan landslide group,the basic characteristics and formation mechanism are elaborated. According to different presupposed working conditions, the stability is calculated and evaluated by adopting limit equilibrium analysis method and numerical simulation. A

7、t the same time,landslides H3,H4 and H5,which are closely related with tower ground stability of 750 kV transmission line from Guanting to Lanzhou are mainly considered. The results show that coefficients of integral stability of landslides H3,H4 and H5 are all greater than 1.10,and therefore these

8、landslides are under steady state in natural state. As a result,stabilities of towers No.20,21 and 22 can be satisfied. Under rainstorm state,stability coefficient of landslide H3 is slightly less than 1.05 and therefore it is under metastable state. In addition, landslides H4 and H5 are under stabl

9、e state. As a result,stabilities of towers No.21,22 except for 20 can be收稿日期:20070919;收稿日期:20071220基金項目:“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAC04B02;國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項目(2002CB412702第27卷第4期崔芳鵬,等. 青海八大山滑坡群形成機制及穩(wěn)定性評價研究 849 satisfied. Under seismic loading with magnitude VIII,stability coefficients of landslides H3,H4 a

10、nd H5 are all less than 1.0 and therefore they are unstable. As a result,stabilities of towers No.20,21 and 22 can not be satisfied. Whats more,sensibility analysis of stability influencing parameters on landslides H3,H4 and H5 is carried out. The analytical result shows that internal friction angle

11、 of landslide mass is the most sensitive factor that influences the landslide stability. Finally,relevant engineering strengthening measures are provided based on formation mechanism;and quantitative evaluation results of the landslides group to guarantee safe operation of the transmission line are

12、presented. Therefore,the results are of great significance in practice.Key words:numerical simulation;Badashan landslides group;landslide characteristics;formation mechanism; limit equilibrium analysis method;sensibility analysis1 引言八大山滑坡位于青海民和縣中川鄉(xiāng)八大山村,滑坡體積達4.4107m3,為一特大型滑坡。該滑坡早在20世紀60年代就曾發(fā)生過大規(guī)?；?此

13、后又發(fā)生了多期局部次級滑移,最近的一次滑移發(fā)生在2005年雨季。該滑坡群對八大山村居民及穿越該區(qū)的國家電網(wǎng)示范線路750 kV官亭蘭州東輸電線路工程構(gòu)成了嚴重威脅(見圖1。 圖1 八大山滑坡群全貌Fig.1 Panorama of Badashan landslides group據(jù)現(xiàn)場踏勘和勘查,八大山滑坡由于受到位于位移監(jiān)測點J2和J1之間的基巖淺埋出露帶的分割而使其失去整體性,從而可將其分為A,B兩個區(qū),其中A區(qū)分布有H1,H2兩個滑坡,B區(qū)分布有H3, H4,H5,H6,H7五個滑坡,因此該滑坡不是一整體滑坡,而是由多個滑坡構(gòu)成的滑坡群(見圖2。因此,評價目前狀態(tài)下該滑坡群尤其是B區(qū)滑

14、坡群(750 kV官亭蘭州東輸電線路的20#,21#,22#塔基位于其上,而位于A區(qū)的大部分八大山村舍已在政府的安排下搬遷的穩(wěn)定性及其對塔基安全的影響便迫在眉睫。2 滑坡區(qū)地質(zhì)條件及滑坡特征滑坡區(qū)內(nèi)山嶺起伏,溝谷切割較深,東側(cè)山梁海拔高程約2 400 m,西側(cè)紅巖溝海拔高程約1 800 m,有季節(jié)性河流。該區(qū)多年平均降水量為373 mm,年降水主要集中在69月份,占全年降水量的70% 80%,主要的災(zāi)害性天氣以暴雨為主。2.1地層巖性地層巖性是滑坡發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ),也是滑坡研究和防治中需首先查清的問題1?；聟^(qū)地層由新至老分別為:(1 第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層(del4Q,主要成份為黃土、紫紅色紅

15、黏土、磚紅色粉細砂、黏土巖和粉砂巖碎塊以及局部的卵礫石,該層厚約20 m;(2 第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土層(eol3Q,該層在該區(qū)分布較廣,幾乎覆蓋了八大山滑坡群90%以上的面積,構(gòu)成典型的黃土梁、峁地貌特征,該層厚約15 m;(3 第四系中下更新統(tǒng)卵礫石層(Q12,該層以泥鈣質(zhì)膠結(jié)為主,局部已膠結(jié)成礫巖,厚10 15 m;(4 上第三系上新統(tǒng)臨夏組砂巖、泥巖互層(N2l,其厚度較大,厚約70 m,該層出露部分多為強風(fēng)化,局部表層已風(fēng)化為殘積土,該層主要出露于紅巖溝西側(cè)陡崖、J2監(jiān)測點基底、八大山滑坡群的沖溝溝底等,是基巖中出露地表面積最大的地層;(5 白堊系下統(tǒng)河口群砂礫巖層(K1hk,該層厚

16、大于等于50 m,局部含泥巖夾層,主要出露于紅巖溝西側(cè)陡崖、八大山滑坡群南側(cè)較大沖溝兩側(cè)的陡崖及J2監(jiān)測點基底等處。2.2地質(zhì)構(gòu)造本區(qū)位于巴州官亭斷陷盆地中,構(gòu)造形跡很少,新構(gòu)造運動表現(xiàn)顯著,活動方式以震蕩式垂直升降運動為主,具明顯的繼承性和差異性,其顯著標(biāo)志是山區(qū)夷平面,河流多階地及巴州官亭斷陷帶凹陷的形成,較大幅度的二次切割地貌為滑坡的發(fā)育提供了有利的地形條件。該區(qū)地震動峰值加速度值為0.10 g,相應(yīng)的地震設(shè)防烈度為VII度,地震反應(yīng)譜特征周期為0.40 s。al+pl 850 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2008年圖2 八大山滑坡群平面分區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram

17、of planar partition on Badashan landslide group2.3水文地質(zhì)條件滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件簡單,地下水類型有碎屑巖類裂隙水和第四系松散巖類孔隙水。碎屑巖類裂隙水水位埋深變化較大(14.5161.2 m,水質(zhì)一般較好,局部地區(qū)以咸水為主,含鹽量高。松散巖類孔隙潛水主要靠大氣降水、農(nóng)田灌溉水入滲和山體上植被灌溉入滲的補給,該層水位的埋深在本區(qū)為9.2514.5 m。2.4滑坡特征滑坡區(qū)地形整體自東向西傾斜,地表整體坡度為1520,地形陡緩相間,形成緩坡臺階。目前,滑坡H1仍在蠕變之中,其地表變形明顯,在該滑坡中后緣分布大片拉張裂隙、塌陷帶,前緣分布大片膨脹裂

18、隙帶和串珠狀落水洞(見表1。750 kV官亭蘭州東輸電線路經(jīng)過B區(qū),且20#,21#塔基依次坐落在滑坡H3,H4之上,22#塔基位于滑坡H5剪出口之前(見圖3,其中滑坡H3前緣分布有多處串珠狀落水洞,有進一步發(fā)育形成沖溝的趨勢。0 200第27卷 第4期 崔芳鵬,等. 青海八大山滑坡群形成機制及穩(wěn)定性評價研究 851 表1 八大山滑坡群特征統(tǒng)計Table 1 Statistical achievements of characteristics of Badashan landslide group后 壁幾何尺寸滑坡 編號 高度/m 坡度/( 滑向/(均長/m 均寬/m 均厚/m 平均坡度/(

19、堆積物體積/(104 m 3 地表變形程度 落水洞發(fā)育情況對塔基危害性程度H 1 23 60 290 730 500 30 17 1 095 明顯 發(fā)育 微弱 H 2 5060302 430 400 30 20 516 微弱 微弱 微弱 H 3 275 600 500 40 16 1 200 一般 發(fā)育 嚴重 H 4260 520 600 36 20 1 125 微弱 微弱 一般 H 5 80100 6570 275 300 400 30 16 360 微弱 發(fā)育 一般 H 6 810 70 290 200 150 20 20 60 明顯 發(fā)育 嚴重 H 781580 260110200202

20、544 明顯微弱微弱 圖3 八大山滑坡群I I 剖面圖Fig.3 Profile map of cross-section I I of Badashan landslides group3 滑坡形成機制分析由于該區(qū)在全風(fēng)化泥巖上覆蓋了較厚的具有強烈濕陷性的黃土層,在該黃土層中發(fā)育有較多的大孔隙、裂隙、垂直節(jié)理和落水洞,這給地表水垂直入滲提供了有利條件,而地表水流入滲到全風(fēng)化泥巖層(隔水層以上的黃土孔隙中滯留下來,形成飽和層2,使黃土層與泥巖接觸帶長期處于過濕軟塑狀態(tài),形成一軟弱結(jié)構(gòu)面。該帶狀態(tài)的變化導(dǎo)致其c , 值和抗剪強度 值的降低,從而使高陡斜坡體在重力作用下產(chǎn)生蠕動變形。飽和土層在外動

21、力作用之前,土骨架沒有產(chǎn)生滑移,外界重力全部由土骨架來承擔(dān),一旦受蠕動所產(chǎn)生的剪切力作用,土顆粒就會產(chǎn)生滑移,改變排列狀態(tài),產(chǎn)生孔隙水壓力,導(dǎo)致有效應(yīng)力降低,產(chǎn)生輕微液化。輕微液化的結(jié)果加速了滑坡體變形的發(fā)展,產(chǎn)生滑動。隨著滑動速度的提高,產(chǎn)生的孔隙水壓力不斷增加,有效應(yīng)力不斷降低,這種狀況持續(xù)發(fā)展,循環(huán)往復(fù),直至有效應(yīng)力消失,總應(yīng)力等于孔隙水壓力,飽和黃土完全液化。此時不但外力全部由孔隙水來承擔(dān),而且土顆粒本身的重力也施加于孔隙水上,產(chǎn)生液化物質(zhì)。這種物質(zhì)接近液體,不能承受任何剪切力,而只依靠非常微弱的黏滯力起阻礙作用,這時斜坡體便會發(fā)生高速滑移3。在現(xiàn)場挖掘的探槽2(位于滑坡H 4西南內(nèi)緣

22、中發(fā)現(xiàn),滑面存在于黃土層和全風(fēng)化泥巖界面下約1 m 處;另據(jù)現(xiàn)場踏勘資料,在滑坡H 2北側(cè)邊界的沖溝中發(fā)現(xiàn)的巖層錯動也存在于黃土層和全風(fēng)化泥巖界面附近,這些證據(jù)都直接證明了上述滑坡機制分析的正確性。研究結(jié)果表明:土壤崩解速率和抗沖性之間存在較密切的冪函數(shù)關(guān)系,即土壤崩解速率越快則土壤抗沖性越小;反之,土壤崩解速率越小,則土壤抗沖性越大4,而本區(qū)黃土的崩解速率較高,導(dǎo)致其抗沖蝕能力大大降低,故使得位于滑坡區(qū)西側(cè)紅 852 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2008年巖溝附近坡腳處黃土層在季節(jié)性河流沖蝕作用下迅速崩解并被水流帶走,這樣不但形成了天然的滑坡臨空面,還降低了滑坡的抗滑力,從而引起斜坡的失穩(wěn)滑移。這種

23、由黃土濕陷性引起的滑面土層液化和黃土崩解性引起的坡腳沖蝕最終導(dǎo)致了牽引式滑坡的形成,這種機制在滑坡H1,H3,H6,H7的形成過程中表現(xiàn)尤為明顯。4 滑坡穩(wěn)定性極限平衡分析滑坡穩(wěn)定性評價是在確定了滑坡地質(zhì)模型和物理破壞模式以后,給出合理的力學(xué)概化模型,通過計算分析評價其穩(wěn)定狀態(tài)和可能的發(fā)展趨勢。當(dāng)前滑坡穩(wěn)定性評價的數(shù)學(xué)模型方法大致可分為兩類:一類是基于極限平衡理論的剛體極限平衡法,另一類是數(shù)值分析法。基于極限平衡理論的剛體極限平衡法是建立在Mohr-Coulomb準則基礎(chǔ)上的,是工程實踐中最廣泛、最成熟的方法5。該法把影響土體或巖體抗剪強度的所有因素均納入計算,并且比變形分析法簡單,但在分析中

24、不使用實際的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,故該法不用于進行預(yù)期變形的計算,而是通過設(shè)置某一適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)控制的6,本次八大山滑坡穩(wěn)定性評價采用目前理論成熟,且在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用最為廣泛的剛體極限平衡分析法。在極限平衡分析中,由于Janbu法7與Morgenstern- Price法8具有力學(xué)概念清晰、適用面廣、操作簡單的優(yōu)點,因此本研究選用這2種方法對八大山滑坡的穩(wěn)定性進行綜合分析評價,并把Bishop法9的計算結(jié)果作為分析參考。4.1計算模型由于項目的主要任務(wù)是評價塔基安全性,因此結(jié)合工作區(qū)的滑坡分布特點以及地質(zhì)特征,分別選取B區(qū)涵蓋20#,21#,22#塔基的II剖面與A區(qū)的IIII剖面進行計算,得出圖4,

25、5所示的計算模型。 圖4 II剖面計算模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of cross-section II incalculating model 圖5 IIII剖面計算模型示意圖Fig.5 Schematic diagram of cross-section IIII incalculating model4.2計算工況由于八大山滑坡的穩(wěn)定性主要影響因素為降雨,且位于地震設(shè)防烈度為VII度的地區(qū),因此其穩(wěn)定性計算需主要考慮暴雨及地震的影響,選用以下3種組合工況條件進行極限平衡計算:工況1:自然狀態(tài);工況2:自然狀態(tài)+暴雨;工況3:自然狀態(tài)+地震。4.3計算參數(shù)通過

26、對現(xiàn)場滑體、滑帶、滑床所取試樣進行的室內(nèi)試驗得出其巖土體物理力學(xué)參數(shù)和水力學(xué)參數(shù),并結(jié)合天然狀態(tài)下滑坡堆積體的穩(wěn)定性現(xiàn)狀反算分析等對巖土體計算參數(shù)進行綜合取值(見表2。4.4計算結(jié)果分析與評價依據(jù)極限平衡原則,運用GeoStudio系列軟件的SLOPE/W和SEEP/W模塊對八大山滑坡群穩(wěn)定性及其對20#,21#,22#塔基的安全性影響進行分析,得出如下結(jié)論:(1 自然狀態(tài)下,滑坡H4,H5的整體穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15,處于穩(wěn)定狀態(tài);位于滑坡H4上的21#塔基和滑坡H5剪出口處的22#塔基穩(wěn)定性良好;滑坡H3的整體穩(wěn)定性系數(shù)約為1.10,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),位于其上的20#塔基穩(wěn)定性可滿足要求

27、;滑坡H3前緣的次H6級小滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)(見表3,該滑坡若發(fā)生滑移會對滑坡H3構(gòu)成牽引作用,進而威脅20#塔基的安全,所以有必要對次級小滑坡H6采用工程措施加固。據(jù)Morgenstern-Price法的計算結(jié)果,將此斜坡按二類邊坡考慮,穩(wěn)定性系數(shù)Fs評價標(biāo)準:Fs1.15為穩(wěn)定狀態(tài)。(2 參數(shù)敏感性分析結(jié)論是滑坡堆積體的內(nèi)摩擦角,尤其是飽水狀態(tài)下的內(nèi)摩擦角參數(shù)值對塔基穩(wěn)定性的影響最為顯著(見圖6,圖中c1,f1,c2,f2分別代表滑坡體天然及飽水狀態(tài)下的黏聚力和內(nèi)摩擦角;Fs為穩(wěn)定性系數(shù)。表2 八大山滑坡群巖土體計算參數(shù)表Table 2 Rock-soil calculating para

28、meters in Badashan landslide group容重/(kN m -3內(nèi)摩擦角/( 黏聚力/kPa 地層 代號 巖土體名稱 天然飽和天然飽和天然飽和彈性模量/MPa泊松比抗拉強度 /MPa滲透系數(shù) /(cm s -1 1.3210-60.352 4 泥巖 3.1210-60.476 6 砂巖 強風(fēng)化7 0.417 7 滑帶土 4.1110-60.315 8強風(fēng)化底界以下巖體22.523.0 27.0 15.0 32.020.0 5.431030.25 1.170 5.0310-90.318表3 八大山滑坡群穩(wěn)定性計算結(jié)果Table 3 Stability calculati

29、ng results of Badashan landslide group自然狀態(tài)自然狀態(tài)+暴雨自然狀態(tài)+地震滑坡編號 Morgenstern-Price 法 Janbu 法Bishop 法 Morgenstern-Price 法Janbu 法Bishop 法Morgenstern-Price 法 Janbu 法 Bishop 法備注H 1 0.984 0.983 0.983 0.943 0.939 0.947 0.727 0.720 0.725 H2 1.120 1.086 1.143 1.102 1.074 1.113 0.848 0.819 0.865 H 3 1.093 1.079

30、1.099 1.045 1.032 1.050 0.765 0.759 0.774 20#塔基H 4 1.196 1.188 1.221 1.059 1.051 1.081 0.822 0.816 0.842 21#塔基H 5 1.207 1.121 1.175 1.184 1.102 1.153 0.878 0.823 0.861 22#塔基H 6 1.059 1.0291.046 1.010 0.982 0.998 0.778 0.761 0.768 (a 滑坡H 3(b 滑坡H 4(c 滑坡H 5圖6 滑坡H 3H 5參數(shù)敏感性分析結(jié)果圖 Fig.6 Results of paramet

31、er sensibility analysis oflandslides H 3H 5(3 局部穩(wěn)定性計算結(jié)果表明,主要受地形坡度的影響,20#塔基前緣局部塊體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)(見圖7;21#,22#塔基前緣的最危險滑移塊體的穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.914(見圖8和0.623(見圖9,均存在局部失穩(wěn)下滑的可能,但從最危險塊體的滑移面邊界來看,目前不會對21#,20#塔基基座形成直接影響。另據(jù)現(xiàn)場踏勘,因滑坡H 5堆積體與下伏巖體的接觸面傾向與斜坡滑移方向(方位角NW275F sF sF s參數(shù)變化幅度/% 參數(shù)變化幅度/% 參數(shù)變化幅度/% 圖7 20#塔基局部穩(wěn)定性計算結(jié)果示意圖Fig.7 Sc

32、hematic diagram of calculating results of localstability of foundation of tower No.20 圖8 21#塔基局部穩(wěn)定性計算結(jié)果示意圖Fig.8 Schematic diagram of calculating results of localstability of foundation of tower No.21 圖9 22#塔基局部穩(wěn)定性計算結(jié)果示意圖Fig.9 Schematic diagram of calculating results of localstability of foundation o

33、f tower No.22相反且下伏巖體(產(chǎn)狀NE7535幾近水平,且塔基局部也不大可能往側(cè)向沖溝臨空方向產(chǎn)生滑移,因此僅存在坡面淺層失穩(wěn)崩滑的可能。(4 在日降雨量為50 mm即降雨強度為1.210-6 m/s持續(xù)3 d的暴雨工況下,滑坡H3,H4,H5的穩(wěn)定性較自然狀態(tài)下均顯降低,其中滑坡H3的穩(wěn)定性系數(shù)略小于1.05,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),滑坡H4處于基本穩(wěn)定狀態(tài),而滑坡H5仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。受此影響,20#塔基安全性受到威脅,而21#,22#塔基仍可滿足穩(wěn)定要求。(5 烈度為VII度的地震狀態(tài)下,滑坡H3,H4, H5的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.00,處于不穩(wěn)定狀態(tài),因此20#,21#,22#塔基

34、的安全性無法得到保障。5 滑坡變形數(shù)值模擬分析滑坡巖土體的變形、破壞及運動過程,是一個漸進性的地質(zhì)歷史過程,也是一個復(fù)雜的動態(tài)力學(xué)過程,是變形量從量變積累到質(zhì)變(突變的過程。其變形階段是一個小變形過程,而破壞、運動階段是一個大變形過程。在研究巖體工程地質(zhì)模型及力學(xué)本構(gòu)模型基礎(chǔ)上,采用數(shù)值計算方法,模擬斜坡巖土體變形至破壞演化過程中應(yīng)力及位移的變化特征,可以再現(xiàn)斜坡變形破裂的整個歷史過程,可以更全面、準確地理解其幾何學(xué)、運動學(xué)及動力學(xué)過程10。同時,數(shù)值模擬彌補了極限平衡分析不能確定滑體內(nèi)及滑面上的實際應(yīng)力分布情況,不能解決巖體本身的變形、破壞對應(yīng)力分布及穩(wěn)定性的影響等缺陷,使本研究的滑坡穩(wěn)定性

35、計算更為全面和具有說服力。5.1研究范圍本次研究范圍確定為包括剖面I,II,III,IV 在內(nèi)的矩形區(qū)域(見圖2,東西長約1 820 m,南北寬約 1 650 m,豎直范圍為從地表(最高處高程約2 400 m延伸至基巖內(nèi)一定深度(模型底面高程約1 600 m,即工程地質(zhì)概念模型長、寬、高分別約為1 820,1 650,800 m(見圖10,11。 圖10 八大山滑坡群地表地形三維效果圖Fig.10 3D topography of Badashan landslide group 圖11 八大山滑坡群數(shù)值模擬網(wǎng)格剖分圖Fig.11 Meshes of numerical model for B

36、adashanlandslide group5.2 初始、邊界條件本數(shù)值模擬擬定以下初始、邊界條件:(1 模型前后、左右側(cè)面施加水平方向的約束,即其邊界節(jié)點水平位移為0。(2 模型底部施加固定約束,即底部邊界節(jié)點垂直、水平位移均為0。(3 初始地應(yīng)力參考實測數(shù)據(jù)和部分修正后的理論數(shù)據(jù)。5.3 力學(xué)模型和計算參數(shù)八大山滑坡為黃土泥巖滑坡,其滑體材料可近似地視為彈塑性體。在FLAC 3D 中,一般對于彈塑性材料,判斷其破壞的基本準則為Drucker-Prager 和Mohr-Coulomb 準則11,本次計算的力學(xué)本構(gòu)模型選取Mohr-Coulomb 彈塑性材料力學(xué)模型。計算模型中所用的巖土力學(xué)參

37、數(shù)包括密度、內(nèi)摩擦角、黏聚力、彈性模量、泊松比、抗拉強度、滲透系數(shù)等(見表2,而巖石的體積模量K 和剪切模量G 可按下式確定:21(3=E K , 1(2+=EG (1式中:E 為彈性模量, 為泊松比。 5.4 模擬方案本次數(shù)值模擬設(shè)計方案對應(yīng)于滑坡穩(wěn)定性計算極限平衡分析中的工況設(shè)計,根據(jù)滑坡孕育發(fā)展過程中的不同誘發(fā)因素,將模擬方案主要分為以下4種情況: 方案1:天然狀態(tài)下的斜坡變形分析; 方案2:暴雨(設(shè)計降雨量50 mm/d ,降雨持續(xù)3 d中的斜坡變形分析; 方案3:地震作用下的斜坡變形分析; 方案4:暴雨與地震耦合作用的斜坡變形分析。 在以上方案中,暴雨和地震工況有著比較重要的現(xiàn)實意義

38、。其中暴雨工況主要模擬在特定的降雨強度、坡度和滲透條件下坡體內(nèi)孔隙水壓力的上升和由此引起的巖土體有效應(yīng)力的降低,而這種降低對潛在滑帶的影響使斜坡最終發(fā)生滑移。在暴雨模型中,底面為不透水邊界,初始地下水位線同自然狀態(tài),全坡面取為入滲邊界,坡腳定義為自由排水邊界;而對地震工況進行模擬時,先讓數(shù)值模型在自重和構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)下達到平衡后,再輸入依據(jù)特定地震條件人工合成的地震波,考察在此影響下的斜坡變形破壞情況。該數(shù)值模型的底部及四側(cè)邊界均采用黏滯邊界。 5.5 模擬結(jié)果分析與評價從不同預(yù)設(shè)方案的塑性區(qū)分布圖看,在天然狀態(tài)下,滑坡H 1,H 7下方已出現(xiàn)明顯貫通的剪切破壞帶,開始蠕變滑移(見圖12(a,圖

39、13(a,而其他滑坡雖然也出現(xiàn)了不同程度的剪切破壞,但均未產(chǎn)生貫通剪切破壞,基本穩(wěn)定(見圖12,13;在汛期暴雨影響下,由于受到地表水流沖刷和滑坡體內(nèi)孔隙水壓力的雙重影響,滑坡H 1,H 7繼續(xù)滑移,滑坡H 3下方開始出現(xiàn)貫通剪切破壞帶(見圖13(b,開始滑移,位于該滑坡上的20#塔基受到嚴重威脅,而其他滑坡均開始出現(xiàn)局部滑移;在地震作用(按本區(qū)最大地震設(shè)防烈度(VII 度發(fā)生的地震下,除滑坡H 2,H 4,H 5發(fā)生局部滑移之外,其他滑坡均發(fā)生了整體性滑移,位于滑坡H 3,H 4之上的20#,21#塔基和滑坡H 5剪出口處的22#塔基安全性開始受到較大威脅,所以地震的作用是極具破壞性的;在暴

40、雨與地震耦合作用下,該區(qū)滑坡均發(fā)生了整體性滑移,20#,21#,22#塔基的穩(wěn)定性均無法得到保障,所以這種耦合作用更是毀滅性的(見表4。(a 方案1(b 方案2(c 方案3(d 方案4 圖12 A 區(qū)滑坡塑性區(qū)分布Fig.12 Plastic zones distribution in region AN (a方案1 (b方案2 (c方案3 (d方案4圖13 B區(qū)滑坡塑性區(qū)分布Fig.13 Plastic zones distribution in region B表4 八大山滑坡群數(shù)值模擬成果Table 4 Numerical simulation results of Badashan l

41、andslide group滑坡變形破壞分析滑坡編號天然狀態(tài)汛期暴雨地震作用暴雨與地震耦合作用H1出現(xiàn)貫通剪切破壞帶,繼續(xù)發(fā)生滑移變性破壞明顯,發(fā)生滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H2出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,目前穩(wěn)定整體穩(wěn)定,出現(xiàn)局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H3出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,目前欠穩(wěn)定出現(xiàn)貫通剪切破壞帶,發(fā)生滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H4出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,目前基本穩(wěn)定出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H5出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,目前穩(wěn)

42、定出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H6出現(xiàn)貫通剪切破壞帶,歷史上曾發(fā)生滑移,目前穩(wěn)定出現(xiàn)剪切破壞帶,但未貫通,局部滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移H7出現(xiàn)貫通剪切破壞帶,繼續(xù)發(fā)生滑移出現(xiàn)貫通剪切破壞帶,繼續(xù)發(fā)生滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移變性破壞明顯,發(fā)生整體滑移6 結(jié)論(1 綜合以上分析,青海八大山滑坡群形成機制主要受控于以下2個因素:風(fēng)化泥巖層(隔水層與黃土層界面附近黃土層的飽和蠕動液化;季節(jié)性河流對由崩解性黃土層構(gòu)成的坡腳的沖蝕而使滑坡阻滑段局部甚至整體破壞,這2個因素的耦合作用形成了該滑坡群。(2 經(jīng)研究論

43、證:在目前狀態(tài)下,滑坡H5位于未滑動地層之上,且其下伏巖層傾向(產(chǎn)狀NE7535與斜坡滑移方向(方位角NW275相反,所以該滑坡和位于其剪出口處的22#塔基穩(wěn)定性均較好;21#塔基座落于滑坡H4范圍內(nèi),滑坡H4由于受到監(jiān)測點J2和J1西側(cè)陡崖一帶淺埋基巖的阻擋,使滑床沿主滑方向呈收縮趨勢,因此該滑坡也較穩(wěn)定,位于其上的21#塔基安全性在正常工況下不會顯著惡化。20#塔基位于滑坡H3范圍內(nèi),滑坡H3滑N面較深、較陡,前緣可能受滑坡H6,H7的牽引影響,且20#塔基前、后部發(fā)育有多處串珠狀落水洞,因此該滑坡穩(wěn)定性相對較差,位于其上的20#塔基安全性受到一定威脅。(3 滑坡區(qū)三維應(yīng)力變形數(shù)值模擬分析

44、結(jié)果表明:天然狀態(tài)下,滑坡H3的后緣和坡腳變形較為明顯,位于其上的20#塔基安全性受到一定威脅;汛期暴雨條件下,滑坡體有效應(yīng)力較天然狀態(tài)下明顯降低,堆積體與基巖接觸面孔隙水壓力集中和有效剪應(yīng)力降低,從而導(dǎo)致了滑體剪切破壞帶的擴散或貫通,滑坡H3,H4,H5均出現(xiàn)不同程度的位移變形,并以滑坡H3變形破壞最為顯著,受此影響, 20#,21#,22#塔基安全性均受到威脅;地震狀態(tài)下,滑坡H3,H4,H5均出現(xiàn)了貫通性剪切破壞帶,存在整體失穩(wěn)破壞的可能;暴雨與地震耦合作用條件下,固體、流體和動力耦合作用使得滑坡H3,H4, H5的變形破壞進一步加劇,在地震、暴雨與地震耦合作用下的20#,21#,22#

45、塔基均發(fā)生滑移,輸電線路極有可能中斷。(4 針對該滑坡群的形成機制,建議滑坡整治方案如下:在滑坡H3前緣靠近紅巖溝附近采用重力擋墻支護,主要防止沖溝水流對坡腳的側(cè)向侵蝕作用而導(dǎo)致的牽引式滑坡的發(fā)生,同時擋墻工程可以提高滑坡的整體穩(wěn)定性。鑒于該區(qū)滑坡穩(wěn)定性主要與降雨和地面侵蝕強度相關(guān),為防治降雨入滲和地表水沖刷而使地面侵蝕強度加劇,需要封堵B區(qū)落水洞及裂隙帶,做好坡面防護,并在考慮利用沖溝地形條件下修建地表截、排水溝工程設(shè)施。參考文獻(References:1 吳瑋江,王念秦. 黃土滑坡的基本類型與活動特征J. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2002,13(2:3640.(WU Weijiang,WA

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