刘晨阳
吉林大学 建设工程学院 工程地质系 长春 130026
1 边坡地质概况
1.1地形地貌
研究区原始地形在西部、东部、北部均为河谷，高程约为 101~104 米，由山脊三级阶地往下还分布有二级阶地、一级阶地及河漫滩。因而原始地形往西部逐渐降低，自然坡度在8~30左右，往北山脊高程逐渐降低，由153.1米降至128米。
1.2工程地质岩组
（1）地层
滑坡体及其所处山脊地层由老至新分布为：①古生界二叠系下统柯岛组(P1K2)，由柯岛组中的上亚组杂色凝灰质砂岩组成，是本次滑坡研究区内最老的地层。②新生界第四系更新统（Qp2nl），由卵石夹粗砂层组成。③第四系全新统Ｑh，由残坡积层组成,其下部为基岩风化物，上部有少量耕植土该层厚度仅0~2m，主要分布于山脊及山坡上。
（2）工程地质岩组
削坡前对滑坡按岩性将其分为三个组，其中第一岩性组为滑坡地下水位以上的二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第二岩性组为地下水位以下饱水二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第三岩性组为花岗岩层。
1.3地质构造
（1）岩层产状
山脊三级阶地下分布的二级阶地、一级阶地及河漫滩，自然坡度在8~30左右，往北山脊原始坡度较小，直至到达河后自然坡度才较大，达8~20左右。研究区东部同样由山脊上的三级阶地逐渐过渡至布尔哈通河河漫滩，但自然坡度较缓，约为8~10左右。杂色凝灰质砂岩倾向北东，倾角在14°~22°左右。
（2）断层
研究区内主要分布有断层F1、F2及F3（NW60°~ NW88°间），其中F1及F2走向均为SE145°,近于平行，倾角约60°~ 70°，倾向SW。F2断层带宽约11m，断层带内充填断层泥及破碎角砾，断层泥多呈深灰黑色，强度极低，断裂带内具有大量的水平向擦痕，断层泥呈极光亮镜面。在F１通过路基部位，形成了滑坡体的最深滑动面。F1断层带宽约10m，其下盘主要为深部相花岗岩分布。
（3）节理裂隙
对滑体内岩体进行了节理统计，在研究区内有两组节理较为发育，一组为倾向NE，倾角约30°左右，另一组为倾向SW，倾角15°~18°。该两组节理对滑体内上层滑面具有控制作用。
（4）水文地质条件
地下水原始状态在现滑体部位由山脊处形成局部分水岭，分别向东及向西补给布尔哈通河。
2 边坡特征
滑坡体由一期滑坡和二期滑坡两个部分组成。
（1）一期滑坡
因路堑开挖引起的滑坡，是本次所研究的整个滑坡体的主体部分，总体由南向北滑动，平面分布见图4.1 。滑体北部（前部）边缘靠近路基，滑体平面总面积约为1.7万m2，南北长约125m，东西宽约135m，滑体总体积约25万余m3，滑体最厚处达25m。
（2）二期滑坡
在滑坡体后部（二级平台以上）分布有多条走向NE~SW，大体与主滑线垂直的裂缝，裂缝长度最大可达35m，宽10~20cm，呈追踪岩体两组节里延伸，前部（二级平台到路基），岩体已非常破碎，裂隙整体垂直主滑线，呈追踪岩体两组节里发育延展，宽度可达20~30cm。后缘陡坎以上距陡坎10m之内分布有3~4条，长度在10~40m，缝宽10~30cm，沿陡坎延伸的裂缝以及许多小裂缝。
滑坡的滑床呈典型的圆弧状，滑床由砂岩节理和薄层泥化夹层构成。
滑坡岩体为二叠系柯岛组凝灰质砂岩，岩体节理发育。同时因受滑动影响，现岩体已呈破碎状。
滑坡主滑线走向NW325°。滑面最大埋深约12m，最低标高121.5m，比路基顶面标高低约1m。
3 计算模型、约束条件和初始条件
（1）计算模型的建立
考虑到计算范围的相对独立性，本次模拟计算的边坡以顺着岩层倾向为X方向，长度为150m；以边坡走向为Y方向，宽度为50m,Z方向为边坡垂直最大高度43m。根据研究区域的地层及地质状况，将其分为三层。因此该模型的长、宽、高尺寸为150x50x43m。根据地层，将研究区从上到下分为三个大层次，分别为本次滑坡地层花岗岩岩层，地下水位以下凝灰岩岩层及地下水位以上凝灰岩岩层。如下图1所示，图中黄色的区域为花岗岩岩层。白色区域为地下水位以下的凝灰岩岩层，绿色区域为地下水位以上凝灰岩岩层。模型的形态和结构主要参照地形图、工程地质剖面图以及平切图；治理前模型由四面体单元组成，共有78910个节点，72300个单元。
图1 边坡网格化模型
（2）边界及约束条件
计算模型除边界上不考虑水平构造应力的作用，模型底部（z=0）设为固定约束边界，模型四周设为约束单向边界。
模型的力学边界采用前后（Y轴方向）、两侧（X轴方向）及地面（Z轴方向）约束。
（3）初始条件
在初始条件中，不考虑构造应力，由于该模型分析削坡对边坡的影响，考虑地下水对边坡的影响，故在建模的时候把模型分为三组，分别为花岗岩组，地下水位线以下凝灰岩组合地下水位线以上凝灰岩组其物理力学参数及密度分组赋予，这样做的原因是简化了建模过程中地下水位线的建立，对于初学者会比较容易做到。
4 力学参数选取
介质的弹塑性状采用摩尔库伦本构模型描述，依据大量的岩土力学特性的测试研究和工程地质类比，确定模型中各类介质的物理力学指标如表1。
表1 边坡物理、力学参数表
计算采用FLAC3D[1]程序中，采用于岩土材料的模型为Mohr-Coulomb弹塑性模型。模型的力学边界采用前后（Y轴方向）、两侧（X轴方向）及地面（Z轴方向）约束。
5 边坡整体稳定性的数值模拟分析
边坡稳定性中安全系数的分析如下：
通过FLAC3D中的FISH[2]语言，可以较为快速的计算边坡的安全系数，本次计算采用FLAC3D中的自编强度折减法实现，即对其内置强度折减法进行改进以缩短安全系数的求解时间。FLAC3D[3]在边坡稳定性中安全系数的分析。
图2 成果图
通过FLAC3D提供的PLOT命令得到边坡单元的塑性状态图2所示，可以看到，在第一层工程地质岩性组底部出现一明显的塑性区，表明此区域出现塑性滑动区，即存在潜在滑动面。
6结论
基于FLAC3D边坡整体稳定性安全稳定性的分析，可以看到，在第一层工程地质岩性组底部出现一明显的塑性区，表明此区域出现塑性滑动区，即存在潜在滑动面，该边坡存在滑动的可能，应当防范其造成的灾害，提早治理。
参考文献：
[1]KANG H.FLAC analysis on affecting factors to rock bolting in gateroads [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering, 1999,
[2]陈育民,徐鼎平. FLAC/FLAC3D基础与工程实例 [M]. 中国水利水电出版社, 2009.
[3]季聪,佴磊,马宏, et al. FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用[J].世界地质, 2013, 32(1): 158-64.
论文作者:刘晨阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/5
标签：滑坡论文; 模型论文; 岩层论文; 凝灰岩论文; 山脊论文; 节理论文; 断层论文; 《防护工程》2018年第25期论文;