陕北某滑坡坡脚开挖深度与滑坡失稳模式分析

何守业

（西北有色勘测工程公司，陕西西安710054）

陕北某滑坡坡脚开挖深度与滑坡失稳模式分析

何守业*

（西北有色勘测工程公司，陕西西安710054）

在陕北地区，坡脚开挖是导致黄土滑坡失稳的主要原因之一。随着开挖深度的不同，其失稳模式也不尽相同，部分滑坡失稳模式为黄土内部滑动型，部分为黄土—基岩滑坡。以该滑坡调查、勘察资料为依据，分析坡脚开挖过程中滑坡变形破坏的特征，为该黄土滑坡坡脚进行工程建设时提供参考和依据，尽可能减少经济损失。

开挖；黄土；滑坡；失稳

1 区域概况及滑坡特征

该滑坡位于陕北黄土高原中部的黄土丘陵沟壑区，属于典型的继承型和继承、侵蚀混合型的黄土梁峁区及河谷阶地区。坡脚基坑开挖处位于黄土斜坡坡脚平缓处。区内主要发育中—新生代地层，包括侏罗系中统延安组砂岩和第四系土层。第四系遍布全区，侏罗系地层多在黄土斜坡坡脚出露或埋藏于松散层之下,被第四系地层覆盖。

根据钻探、探槽和基坑开挖揭露显示，在基坑尚未开挖时，该滑坡为黄土—基岩型。滑体物质组成主要为上更新统（Q3）马兰黄土、中更新统（Q2）离石黄土、黄土层下的砂砾石层及侏罗系（J2）泥岩。滑坡前部滑体地层混乱，表现为粉质粘土、泥岩及少量砂砾岩相互错动，滑体中后部主要由马兰黄土和离石黄土组成。基坑边界距滑坡坡脚约7m，基坑宽度18m，边坡角度60°，未开挖时基坑所在平面与下方滑面垂直距离约9.5m,滑坡剖面及基坑位置如图1所示。

图1 滑坡主剖面及基坑位置

参数选取采用试样的室内试验数据、滑坡现状分析进行的力学参数的反演计算结果及参考当地滑坡滑带土的经验值综合确定，确定滑体C=28kPa，φ=26°；滑带土C=22kPa，φ=21°。

2 开挖深度与失稳模式

2.1 建立开挖模型

在MIDAS-GTS中创二维建物理模型，坡高65m，纵向长度150m，将坡体划分成许多微小的三角形，在软弱带附近小三角形尺寸进一步缩小。建立开挖深度从0～9m的滑坡模型。图2、图3为滑坡开挖未开挖、开挖1m、3m时古滑坡在模拟软件中所使用的物理模型。

图2 基坑开挖1m时的物理模型

图3 基坑开挖3m时的物理模型

2.2 动态开挖下滑带变化

抗滑段由未开挖至基坑开挖深度到9m动态过程中，有限元软件将滑坡划分成许多微小单元体，计算出每个单元的应力、应变和每个节点力及位移，进而将应变或位移轨迹类似的节点连接成线或带，应变或位移最大的面或带即为滑面。最大剪应变带发生明显变化能说明古滑坡滑面发生改变的情况，滑面的变化将导致古滑坡抗滑力的变化进而稳定性发生变化，动态开挖过程中最大剪应变模拟结果如图4～图7所示。

图4 开挖1m时坡体内最大剪应变云图

图5 开挖3m时坡体内最大剪应变云图

图6 开挖4m时坡体内最大剪应变云图

图7 开挖5m时坡体内最大剪应变云图

抗滑段开挖深度1m时，最大剪应变范围变化尚未变化，而剪应变值有一定增加。软弱带依然在黄土内部呈圆弧状，在坡脚下层在前缘与侏罗纪砂岩或泥岩相接形成折线滑带，说明抗滑段开挖1m后，塑性区中软弱带范围尚未发生变化。在滑面不变的前提下，开挖减小部分抗滑段重量，降低古滑坡安全储备。

当开挖深度增加至4m时，古滑坡滑软弱带范围虽未发生明显变化，但最大剪切应变值已有一定幅度增加，软弱带在滑面下部与基岩交界处稍有上提，在基坑底面位置与原滑面之间出现应变带。当开挖深度至5m时，软弱带塑性区发生明显变化，在基坑底部附近由原来的折线变为圆弧状，出现新的剪出口。下部滑面整体上抬，形成黄土内部整体圆弧滑带，滑坡滑面由坡基式转变成坡体式。且最大剪应变集中于坡脚基坑边缘处。基坑底面距离原折线滑带中心约5m，由于抗滑段土质相对密实，因此基坑底面与原滑面之间的土体承担了抗滑作用，在此开挖深度下，滑面前方土体即原来的抗滑段已经基本失去阻滑作用。

3 结论

本文通过对陕北某黄土边坡的勘查、室内试验及数值模拟发现：该滑坡坡脚基坑开挖深度不超过4m时，滑坡的失稳模式为黄土—基岩滑坡；当基坑深度超过5m时，滑坡内部滑面发生变化，滑面由坡基式转变成坡体式，在基坑底部将产生新的剪出口，原抗滑段将失去阻滑作用，极大地加速原滑坡的失稳。

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P642.22

A

1004-5716(2015)05-0003-03

2014-11-10

2014-11-26

何守业（1965-），男（汉族），河南三门峡人，高级工程师，现从事岩土工程勘察设计及研究工作。