镇安县水泥厂后滑坡稳定性数值模拟分析

李宏阳，张晓明

(西北有色勘测工程公司)

1 地层及岩土体特征

地层以泥盆系绢云母千枚岩、炭质千枚岩夹灰岩为主，坡体西北部陡崖处出露断层角砾岩，上覆厚4.6～18.4 m不等的第四系残坡积及人工堆积之松散堆积物，各层工程地质性质及物理力学性质指标见表1。

表1 各层物理力学性质指标统计表

(1)素填土(Q4ml):层厚1～5.7 m，褐黄—灰褐—灰黑色，成分以含碎石粉质粘土、炭质千枚岩全风化物为主，成份杂乱，均匀性差，稍湿—潮湿，稍密。

(2)含碎石粉质粘土(Qel-dl):分布于坡体表部，厚4.6～8 m，褐黄—灰黄—灰褐色，含较多千枚岩碎片，偶见灰岩颗粒，稍湿—饱和，松散，坚硬—软塑。

(3)粉质粘土(Qel-dl):呈透镜体状分布于②层中，见于坡体的中下部，厚0～5.4 m，浅灰黑—灰黑色，潮湿—饱和，硬塑—可塑。

(4)断层角砾岩:分布于坡体的西北部，出露部分形成陡坎，褐黄色—杂色—灰色，颗粒成份以灰岩、千枚岩为主，碎裂岩石化及泥化作用明显，岩芯呈碎石土状，属强风化。

(5)炭质千枚岩:灰黑—黑色，大部分矿物风化变质，原岩组织结构已基本破坏，岩芯呈土状、碎石土状，偶见灰岩颗粒及方解石粉末，属全风化。遇水易软化，抗风化能力差，属极软岩。

2 滑坡稳定性分析与评价

2.1 滑坡变形破坏特征及发展趋势

滑坡坡体上出现数十条裂缝，裂缝沿坡面呈弧形分布，长数米至数十米不等，缝宽1～30 cm不等，局部下错呈0.20 ～1.2 m的陡坎;坡体表面发育两个小滑坡(H1、H2)，其中H1滑坡位于滑坡后缘东侧周界附近，圈椅状形态明显，平面形态呈长条状，后壁坎高2～3 m，前部坎高1 m，长约16 m，宽约12 m，滑体物质为含碎石粉质粘土，厚1～2 m，滑体中部有泉水渗出，沿滑体两侧可见3～5 mm的拉张裂缝。H2滑坡分布于滑体前缘2-2'附近，长约6 m，宽约22 m，厚约2～3 m，地表形态呈簸箕状，圈椅状形态明显，后缘形成高1～2 m的陡坎，滑体土成分为含碎石粉质粘土，滑床为灰黑色粉质粘土。目前滑坡周界整体不太明显，尚处于蠕动变形阶段。坡体表面拉张裂缝发育，滑体后缘有泉水渗出，滑体中局部有地下水分布。在天然状态下，滑体整体处于极限平衡状态，遇连阴雨等会加速蠕动变形，滑体在饱和状态下稳定性差，有整体失稳的可能。

2.2 滑坡稳定性分析与评价

滑动面抗剪强度指标即粘聚力C和内摩擦角φ根据测试成果、反分析并结合岩土野外特征综合确定。镇安水泥厂后滑坡尚处于蠕动变形阶段，尚未形成明鲜的滑动，故在计算滑坡稳定性和滑坡推力时，采用了滑面土的快剪强度指标:

天然状态:②层粘聚力 C=17.8 kPa，内摩擦角 φ=19.6°，③层粘聚力 C=22 kPa，内摩擦角 φ =13°;

饱和状态:②层粘聚力 C=11.1 kPa，内摩擦角 φ=12.6°，③层粘聚力 C=7.3 kPa，内摩擦角 φ =12°。

滑体土重计算参数:

天然状态:取②层含碎石粉质粘土的采用现场实测数据18.1 kN/m3;

饱和状态:取②层含碎石粉质粘土重塑土饱和容重统计指标 20.7 kN/m3。

根据《滑坡防治工程勘查规范》的规定，稳定系数Fs＜1为不稳定，1≤Fs≤1.05 为欠稳定，1.05≤Fs＜1.15 为基本稳定，Fs≥1.15 为稳定。

据稳定性计算结果，见表2，天然状态下1-1剖面处于不稳定状态，1-1'、1-2处于欠稳定状态，2-2'、2-2处于稳定状态，其余剖面处于基本稳定状态。饱和状态下除2-2处于欠稳定状态外，其余部面均处于不稳定状态。因此滑坡在天然状态下整体处于稳定状态或欠稳定状态，局部处于不稳定状态;饱水条件下坡体整体处于不稳定状态，滑坡整体失稳的可能性大。

表2 滑坡稳定性验算结果

3 滑坡稳定性数值模拟分析

3.1 数值模拟分析方案设计

据稳定性计算结果，滑坡在天然状态下整体处于稳定状态或欠稳定状态，局部处于不稳定状态;饱水条件下坡体整体处于不稳定状态，滑坡整体失稳的可能性大。选取2-2'地质剖面作为模拟对象，利用FLAC3D软件重点研究滑坡在饱水状态下的变形破坏规律。模拟所采用的岩层物理力学参数，主要来源于室内试验见表3，并参考了该地区其他实验资料。为与极限平衡法得到的结果相比较，尽量采用与计算方法一致的边界条件和初始条件。同时，利用软件自带的强度折减法可以得到滑坡的稳定系数。

表3 数值模拟各层物理力学性质指标

3.2 数值模拟结果分析

在饱和状态下，滑坡稳定性大为降低。根据计算结果显示，当滑坡处于饱水状态时，滑坡稳定系数Fs只有0.95，与极限平衡法计算得到的结果基本一致，表明此时滑坡处于不稳定状态。同时分析此时滑坡的位移状态，滑坡最大垂直位移下降了18 m，见图1，而最大水平位移达到28 m，见图2。据此表明，在这种状态下，滑坡已经失稳，并且已经向前滑动了较大距离。从位移图上同时可以看出，滑坡滑动面基本上位于滑坡的中下部位，与修建公路削坡有很大关系。因而在进行该滑坡治理时，需要在公路边坡处采用抗滑桩或是抗滑桩加挡墙综合治理的措施。由于滑面下伏岩层为炭质千枚岩，该层岩石全风化，原岩组织结构已基本破坏，遇水易软化，抗风化能力差，属极软岩，因此抗滑桩必须深入到该层以下，才能保证该滑坡能够得到有效的加固。

4 结论

(1)镇安县水泥厂后滑坡地层以泥盆系全风化炭质千枚岩为主，上覆第四系残坡积及人工堆积之松散堆积物，在天然状态下，滑体整体处于极限平衡状态，遇连阴雨等会加速蠕动变形，滑体在饱和状态下稳定性差，有整体失稳的可能。

图1 滑坡垂直位移图

图2 滑坡水平位移图

(2)极限平衡法计算结果表明，天然状态下滑坡稳定系数0.97≤Fs≤1.33，整体处于稳定状态或欠稳定状态，局部处于不稳定状态;饱水条件下0.86≤Fs≤1.02，坡体整体处于不稳定状态。

(3)数值模拟结果表明，当滑坡处于饱水状态时，滑坡稳定系数Fs只有0.95，滑坡滑动面基本上位于滑坡的中下部位，与修建公路削坡有很大关系。因而在进行该滑坡治理时，需要在公路边坡处进行抗滑桩或是抗滑桩加挡墙综合治理的措施。

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［1］郑颖人，赵尚毅.边(滑)坡工程设计中安全系数的讨论［J］.岩石力学与工程学报，2006，25(9):1937-1940.

［2］赵尚毅，郑颖人，时卫民等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数［J］.岩土工程学报，2002，24(3):343-346.

［3］桂蕾，殷坤龙，翟月.基于FLAC3D模拟和强度折减法的滑坡稳定性计算［J］.安全与环境工程，2011，18(6):9-14.

［4］江德飞，何光春.传递系数法与FLAC强度折减法比较分析——以猴子石滑坡分析为例［J］.重庆交通学院学报，2005，24(1):94-99.