FLAC3D在滇西某滑坡中的应用

骆建文　李茜

【摘要】根据现场调查访问，滇西某滑坡在每年雨季和耕种期间，坡体上的田坎有不同程度的垮塌，滑坡前缘出现滑塌，特别是在地势较陡峭的地段。为更深入认识滑体变形破坏机理，进一步评价和预测滑坡在天然工况以及暴雨工况下的稳定性，利用FLAC3D进行数值模拟，分析滑坡的应力场、剪应变增量以及塑性变形区。结果表明：在暴雨工况下，滑坡剪应变增量相比天然工况下出现明显的贯通，贯通基本沿着滑坡体上的含碎石粉质粘土底部由上向下贯通，塑性区相比天然工况下分布范围扩大，塑性区主要分布于含碎石粉质粘土层底部，模拟结果的剪应变增量贯通区以及塑性分布区与钻探揭露推测的滑动面相一致。由于剪应变增量基本贯通整个坡体，塑性区分布范围也比较大。（不要可以吗）。

【关键词】裂缝；水文地质；数值模拟分析；FLAC—3D模型お

Application Of The FLAC3D In Landslide In The western Yunnan

Luo Jian—wen1， Li Qian2

（1 Xi''an Changqing Technology Engineering limited liability CompanyXi''anShaanxi710021；

2 Shaanxi Engineering Research Center of RiverXi''anShaanxi710018）

【Abstract】According to the field investigation， in the rainy season every year and the period of farming， the ridge of the landslide has a different degree collapse， The landslide front appears slumping， especially in the steep section. For the more thorough understanding of landslide deformation mechanism and further evaluation and prediction the stability of landslide under natural condition and the rainstorm condition，it analysed the stress field、the shear strain increment and the plastic deformation zone of landslide by using FLAC3D numerical simulation， The result showed： in storm conditions， landslide shear strain increment， compared with the natural conditions， appeared obvious connection which substantially along the pebbly silty clay bottom by penetrating； plastic zone distribution scope was larger than that of the natural conditions， the plastic zone was mainly distributed in the pebbly silty clay layer bottom.， the connection zone of the shear strain increment and the plastic zone distribution area by the simulation results were consistent with the sliding surface of the drilling hypothesized. Due to shear strain increment running through the whole slope， plastic zone distribution range was relatively large.

【Key words】Crack；Hydrogeololgy；Numerical simulation analysis；FLAC3D modelお

1. 工程概况

滇西管道在云南省龙陵县腊勐乡松山村顺勐梅河右（南）岸斜坡敷设，所在之处发育有大型土质滑坡，管道从滑坡区中右部与主滑方向小角度相交敷设通过，滑坡滑动对拟敷设的管道施工及运营构成较大的威胁，特对该滑坡进行专项勘查，并运用FLAC—3D软件对该滑坡进行建模分析。

2. 地形地貌

（1）场地地貌属于低山区沟谷斜坡区，河谷横断面呈敞口的“U”字型，河床区地形较开阔平缓滑坡位于勐梅河右（南）岸（图1）。

图1滑坡区地形地貌

（2）滑坡位于近南北向延伸的斜坡上，地势南高北低，场地内地面标高766m～860m，相对高差近100m，滑坡主滑方向359°。滑坡前缘较陡，高于勐梅河6～20m。滑坡中部宽缓，整体坡度15～25°，为阶梯状陡坎，坎高0.5～1m，陡坎间为多级长条状、带状平台，平台宽5～20m，平台上覆盖有厚层巨大块石，块石为花岗岩、砂岩。滑坡后缘坡度较陡，30～35°，后缘边界以上为陡峭的基岩边坡，基岩为泥灰岩，后侧边界外侧公路上经常有人工引用灌溉水源流入场地区。滑坡区左、右侧边界为常年流水冲沟，沟谷狭窄，呈“V”字型，左侧边界沟外侧为陡峭基岩边坡，调查期间沟内有流水，都经斜坡汇入勐梅河。（滑坡区剖面图见图2）。

图2滑坡区剖面图

3. 滑坡变形特征

根据现场调查，滑坡在每年雨季和耕种期间，坡体上的田坎有不同程度的垮塌，滑坡前缘出现滑塌，特别是在地势较陡峭的地段。2010年4月和6月的两次大暴雨，滑坡中部地表裂缝明显增多，滑坡产生了明显滑移，滑移距离2～5cm，下挫5～10cm，地表裂缝有呈南北向延伸的剪张裂缝和东西向延伸的拉张裂缝两种；其次有坡面小滑塌等地表变形迹象。具体分述如下。

3.1裂缝。

（1）DBL1：位于滑坡前缘，呈近东西向延伸，弧形展布，属拉张裂缝。裂缝长约50m，宽10～50cm，可见深度30～70cm，下错10～30cm。

（2）DBL2：位于滑坡前缘，在DBL1右侧，呈近南北向延伸，弧形展布，属剪张裂缝。裂缝长约80m，宽10～20cm，可见深度10～30cm，下错5～8cm。

（3）DBL3：位于滑坡前缘，DBL1后18m处，呈近东西——南北向延伸，弧形展布，属拉张裂缝。裂缝长约38m，宽15～32cm，可见深度10～45cm，下错10～15cm。

（4）DBL4：位于滑坡前缘，DBL3后10m处，呈近东西——南北向延伸，弧形展布，属拉张裂缝。裂缝长约60m，宽30～60cm，可见深度50～120cm，下错30～80cm。

3.2坡面小滑塌。

在滑坡前缘强变形区内，发育有坡面小滑塌，主要以浅表层滑塌为主，方量均较小。地表水和降雨持续入渗坡体裂缝，表层滑体饱水，前缘陡峭，坡体滑移。

4. 滑坡空间形态特征

（1）滑坡边界。

滑坡区后缘边界以基岩陡壁、下错区、坡度明显变陡处的弧形带为界，滑坡前缘边界以勐梅河为界，滑坡左侧边界以基岩陡壁为界，滑坡右侧边界以冲沟左岸岸坡坡肩为界。

（2）滑坡形态规模 。

该滑坡在平面形状呈扇形，立体形态具“圈椅”状，滑坡主滑动方向359°，滑坡平均纵长225m，平均横宽400m，滑体厚6.5～19.0m，平均厚12.5m，滑坡体积约112.5万m3，属大型土质滑坡。

5. 滑坡变形及稳定性数值模拟分析

为更深入认识滑体变形破坏机理，进一步评价和预测滑坡在天然工况以及暴雨工况下的稳定性，利用FLAC—3D数值模拟滑坡的应力场、剪应变增量以及塑性变形区。

5.1模型建立。

（1）坐标系定义及模型范围的界定：X轴正向指向滑坡滑动方向，竖直向上为Y轴正向，Z轴指向坡内；据滑坡形态和坡体结构，选取滑坡主剖面7—7′（最不利剖面）进行数值模拟，X向取335m，Y向取224m，模型底板高程取至651m。

（2）模型及准则：采用比较常用的弹塑性模型，屈服准则为莫尔—库仑准则。

（3）岩土物理力学参数根据试验选取。

（4）计算方案：为真实反映滑坡形成过程和形成后的应力调整过程，本次计算主要考虑天然工况、暴雨工况。

（5）模型的建立及离散：根据滑坡体特征及计算方案考虑，建立FLAC—3D计算模型，并进行离散化，共划分出6395个单元，6688个节点（图3）。

图37—7′剖面FLAC—3D模型

5.2天然工况下变形及稳定性分析。

天然工况下应力场影响在滑坡内部形成的应力增高带和应力差较大部位，从而影响滑坡稳定性，因此研究滑坡天然应力场对于分析滑坡的变形破坏特征具有重要意义。图4和图5反映了滑坡天然状态下的应力场特征：

（1）滑坡最大主应力分布受重力场影响明显，其量值总体上与埋深呈正比，分布较均匀，无拉应力现象出现，最大主应力方向在边坡内部基本与重力方向一致，而在临近坡面的浅表层则调整为与坡面近平行，最大值可达4.79MPa。

（2）最小主应力分布除受重力场影响外，受滑坡坡体结构影响较大，在岩性变化以及坡顶、坡脚部位出现局部集中，但没拉应力出现，最小主应力方向在滑坡内部一般为水平方向，而在临近坡表调整为与坡面近垂直，最大值可达1.69MPa。

图4天然工况最小主应力分布特征

图5天然工况最大主应力分布特征

图6天然工况剪应变增量分布特征

图7天然工况塑性区分布特征

（3）此外，由图6、图7可以看出，滑坡的剪应变增量主要集中在滑坡顶部以及滑坡坡脚，但尚未贯通，塑性区主要零星分布在滑坡中上部，并未连续分布，因此，滑坡在天然工况下处于基本稳定状态。

图8暴雨工况下最小主应力分布特

图9暴雨工况下最大主应力分布特征

图10暴雨工况下剪应变增量分布特征

5.3暴雨工况下变形及稳定性分析。

（1）在暴雨工况下滑体按全饱水状态进行考虑，由此模拟所得滑坡在暴雨工况下的应力分布情况如图8、图9所示。从图中可以看出，暴雨工况下，最大主应力分布受重力场影响明显，但在滑坡坡顶以及坡脚位置处出现应力集中；最小主应力在坡顶及坡脚也出现应力集中现象，并有拉应力出现，拉应力值可达0.75MPa，表明该部位出现拉破坏，模拟结果与现场调查滑坡前缘出现变形破坏结果相一致，因此模拟结果再现了滑坡的变形破坏情况。

（2）从模拟的剪应变增量以及塑性区分布结果图10和图11可以看出，滑坡在暴雨工况下，剪应变增量相比天然工况下出现明显的贯通，贯通基本沿着滑坡体上的含碎石粉质粘土底部由上向下贯通，塑性区相比天然工况下分布范围扩大，塑性区主要分布于含碎石粉质粘土层底部，模拟结果的剪应变增量贯通区以及塑性区分布区与钻探揭露推测的滑动面相一致。由于剪应变增量基本贯通整个坡体，塑性区分布范围也比较大，因此得知滑坡在暴雨工况下处于欠稳定状态。

图11

6. 模拟结果评价

（1）在天然工况下，滑坡的剪应变增量主要集中在滑坡顶部以及滑坡坡脚，但尚未贯通，塑性区主要零星分布在滑坡中上部，并未连续分布。因此，滑坡在天然工况下处于基本稳定状态。

（2）在暴雨工况下，滑坡剪应变增量相比天然工况下出现明显的贯通，贯通基本沿着滑坡体上的含碎石粉质粘土底部由上向下贯通，塑性区相比天然工况下分布范围扩大，塑性区主要分布于含碎石粉质粘土层底部，模拟结果的剪应变增量贯通区以及塑性区分布区与钻探揭露推测的滑动面相一致。由于剪应变增量基本贯通整个坡体，塑性区分布范围也比较大。因此，滑坡在暴雨工况下处于欠稳定状态。

参考文献

[1] 彭文斌.FLAC—3D实用教程[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]刘波，韩彦辉.FLAC原理实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]沈金瑞，林杭.多组节理边坡稳定性FLAC—3D数值分析[J]中国安全科学学报，2007，17（1）：29～33.