滑移式崩塌稳定性分析

陈 莉

（广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710）

0 引言

工程建设施工和完工运行的过程中都经常遇到崩塌，崩塌一般多发生于高陡斜坡，一旦坠落将造成不可估量的损失。目前，许多的专家学者对崩塌进行了相应的研究。贺凯等[1]认为崩塌一般为突发产生的，现场难以获取崩塌的变形破坏过程，因此使用室内离心机试验研究崩塌的启动机制，模拟实验再现崩塌失稳破坏的全过程。王林峰等[2]通过应力—温度耦合分析岩块稳定性，研究表明，温度对薄层岩块稳定性的影响较大，随着温度的升高，岩块稳定性变差，且稳定性系数降低速率逐渐减小。黄达等[3]对上硬下软岩层组合的边坡进行分析，考虑风化作用对下部软岩的软化作用，导致崩塌的产生，使用离散元软件对崩塌变形破坏进行全过程模拟分析。陈洪凯等[4]通过能量原理和突变原理对望霞危岩进行力学分析，构建计算模型，该崩塌为座滑破坏，破坏时间为2.3 s。许家美等[5]对三峡库区崩塌进行分析总结基础上将崩塌分为滑移、坠落、倾倒三类，并提出相应的治理方案措施。陈洪凯等[6]基于偏心拉伸模型对拦石墙的稳定性进行计算，并用万州一处崩塌作为验证，模型适用性较好。同时数值模拟也是研究崩塌稳定性的一个重要手段[7～10]。

本文以实际工程中一处崩塌为例，研究崩塌的稳定性情况，并提出相应的治理措施。

1 崩塌变形监测

崩塌多发生在边坡较高位置，一般人员难以到达。三维激光扫描技术的应用克服传统崩塌调查过程中数据调查不全面的缺点，降低较高较陡的边坡崩塌调查的危险性。对扫描获取的大量点云数据的处理可以得到崩塌的变形破坏特征并能进行精确的分析，通过对治理前崩塌的三维激光扫描处理可以发现，在崩塌体与母岩接触的位置崩容易产生较大的变形，该处共有三处崩塌，崩塌1、崩塌2为滑移式崩塌；崩塌3为倾倒式崩塌。崩塌体W2三维激光点云见图1。

图1 崩塌体W2三维激光点云

2 崩塌稳定性分析

2.1 定性分析

W2崩塌形态及变形特征为危岩立面呈不规则多边形，受两组平行裂隙互相控制，且结构面倾向与边坡倾向相近，岩性为似斑状花岗岩，岩石完整性较好。由图2知，坡面产状97°∠67°、裂隙L1112°∠83°、裂隙L2208°∠68°、Y1开挖后边坡坡面产状83°∠53°，该处崩塌主要受裂隙L1112°∠83°多组平行裂隙垂向应力控制。单一裂隙情况下，崩塌处于不稳定状态，在多组结构面相互作用的情况下，崩塌体稳定性降低。崩塌裂隙较发育，暴雨状态下，裂隙水充分，故预测分析，在暴雨或地震等外部条件影响下，W2崩塌为欠稳定或不稳定状态，易发生滑移式崩塌。

图2 W2崩塌稳定性赤平投影分析图

2.2 定量分析

W2崩塌属于滑移式，基于极限平衡法进行计算，计算模型见图3，计算公式如下。

图3 滑移面为单一结构面的计算模型

当滑面完全贯通时:F抗滑=（Gcosα-Q-Psinα）tanφ+cH/sinα；

当滑面尚未完全贯通时:F抗滑=（Gcosα-Q-Psinα）tanφ1+c1H/sinα。

崩塌分为三个工况进行研究，工况Ⅰ为天然工况，工况Ⅱ为暴雨工况，工况Ⅲ为地震工况，各工况参数取值见表1。极限平衡稳定性计算结果及评价见表2。由表2知，天然工况下，崩塌稳定性系数为1.15，处于基本稳定状态；暴雨工况下崩塌稳定性系数为1.12，处于欠稳定状态；地震工况下崩塌稳定性系数为1.04，处于不稳定状态。

表1 W2崩塌三个工况下参数及取值一览表

表2 W2崩塌极限平衡稳定性计算结果及评价表

3 数值模拟分析及治理措施研究

数值模拟方法可以较好模拟边坡坡体内部的应力-应变分布及其变形破坏特征，本文应用FLAC3D软件对其进行模拟。

根据现场实际工程地质调查情况得到的W2崩塌的工程地质剖面图建立模型进行数值模拟，主要模拟崩塌在天然情况下的变形破坏特征，重力加速度取9.8 m/s2。本次数值模拟的本构模型为摩尔-库伦模型，具体参数取值见表3。

表3 参数取值表

由图 3（a）、图 3（b）可知，崩塌体塑性变形较为明显，在崩塌的临空位置出现剪应变速率和剪应变增量的集中。比周围其他区域增大了1～2个数量级。这说明危岩临空位置存在潜在破坏结构面。故对崩塌W2采取治理措施，措施为“清危+锚杆+复绿+坡顶截水沟”。

对崩塌W2采取一定的治理措施后，结果见图3（c）。结果显示崩塌并没有出现剪应变增量集中的现象，其最大值为治理前最大值的1/2～1/7。剪应变增量的减小表明治理措施产生较好的效果，坡表崩塌在开挖之后，边坡安全性得到提高。

图3 崩塌W2数值模拟计算结果

4 结论

（1）以一处崩塌为研究对象，通过三维激光扫描技术获取该处的地形地貌特征，经过多期数据的叠加可获取危岩变形破坏特征。

（2）以崩塌W2为例，采用赤平投影的方法对崩塌稳定性进行定性分析，认为在地震或暴雨工况下该崩塌稳定性较差，与极限平衡法计算所得的定量分析结果较为一致。

（3）通过FLAC3D对崩塌治理前后的应力应变进行分析，计算结果表明:采取“清危+锚杆+复绿+坡顶截水沟”治理措施后，崩塌的变形破坏得到较好地控制，稳定性得到明显提升。