基于FLAC3D的西藏吉隆镇热玛村后山崩塌稳定性分析

多吉次旦，边巴次仁，普布扎西，格桑多吉，米玛扎西

（西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队， 中国拉萨 851400）

1 危岩基本特征

热玛村后山崩塌位于日喀则市吉隆县吉隆镇热玛村，坡脚处为热玛村聚居区。崩塌后缘高程约3365m，前缘以崩塌可能影响范围为界，前缘高程3115m，相对高差约250m。勘查区域斜坡宽度约350m，纵向长约160m，面积约5.6×104m2，斜坡坡向165°～175°，斜坡坡度65°～75°。根据现场勘查危岩位置分布、变形破坏特征及节理裂隙分布特征，将勘查区危岩分为11个危岩体［1］（见表1）。

表1 吉隆镇热玛村后山崩塌危岩特征

2 模型构建

本文计算模型的构建采用实地勘测、无人机测绘、三维激光扫描、崩塌调查表等一手资料确定了边界、岩性分带、产状等要素收集后，使用Rhinoceros griddle三维地质建模软件建立数值计算模型并完成单元体划分，克服了专业岩土分析软件FLAC3D在前处理复杂网格建立中的不足后，通过Rhinoceros-FLAC3D接口程序，将Rhinoceros建立的计算模型数据导入FLAC3D计算，充分发挥FLAC3D在岩土数值计算方面的优势。最终计算模型单元体采用四面体单元（见图1、图2），共有1378815个单元，257001个节点。模型x轴方向长263m，y方向宽160m，z轴方向高334m，底部标高为3119，顶部最高处标高为3453m。

图1 斜坡模型总视图

图2 斜坡模型正视图

根据计算结果及8个典型剖面中的分布情况，分析位移分布情况，判断模型中崩塌面的稳定性问题、不稳定情况以及可能发生崩塌破坏的区域。为考虑能全面反映模型内部应力应变分布情况和模型不同区域重要性，选取2处典型剖面，即剖面1和3（见图3）。

图3 典型剖面分布

3 位移场

3.1 总位移场分析

模型总位移分布情况如图4 所示。从位移云图中可以看出，模型位移分布从上到下呈规律递减的趋势，这与模型左低右高的几何形态相吻合。总位移最大值出现在模型左上角地势较高处，约为47.8mm，斜坡中部危岩带部位约为25mm左右。

图4 总位移视图

模型位移矢量分布情况如图5、图6所示。模型总位移矢量图中的箭头指向和长度反应了位移的方向和大小值。图5所示，斜坡顶部、中部的位移值明显大于斜坡下部，而且方向几乎平行于z轴，表现出来的就是该部分区域位移主要由z向的沉降控制。斜坡中部以下区域一直延伸到模型底部边界的位移矢量箭头在斜坡表面部分与z轴有一个较小的角度，角度随着高程的减小而增大，这主要是由于岩层受相互之间重力的影响，顺着斜坡坡脚方向，位移越来越小。图6所示，位移矢量图中危岩带西侧部有明显可见的位移突变，说明模型该部位出现了失稳现象，处在该部位的1#、3#危岩带处于欠稳定状态。

图5 位移矢量正视图

图6 移矢量局部集中示意图

从位移云图剖面（见图7、图8）可观察到模型内部的位移变化和变化强度，由典型剖面1总位移云图和矢量图（图7）可见，1#危岩所在部位位移矢量较多，说明该部位存在较大的位移变化，处于不稳定状态，因此1#危岩可能处于欠稳定状态。

图7 典型剖面1总位移云图和矢量图

图8 典型剖面3总位移云图和矢量图

3.2 x、y、z向位移场分析

模型z向的位移场分布情况如图9～图11所示。从图中可以看出z向的位移分布规律和总位移分布规律相似，在模型左上部位移值最大，约为47mm，沿着z轴负向呈规律递减的趋势，直到模型底部边界处位移几乎为零。模拟结果显示模型还有沿z轴正向的位移，最大为0.044mm,结合剖面图，可发现该位移发生在斜坡坡脚中部，该部位应为崩塌堆积物，因受地形线限制，建模上无法精确区分堆积物与岩体，产生的z轴正向位移属于数值模拟内的微小误差，可忽略不计。z向最大位移出现的位置、大小和总位移值相同，说明此处主要发生的是受自重影响的沉降位移，x、y向的位移几乎为零，这从x、y向的位移云图中可以得到证明。斜坡中部危岩带的z向位移值在12mm～22mm，而y向的位移值在1mm～7.7mm，x向位移值在0mm～2.3mm。z向位移值比x、y向的位移值大了一个数量级，足以说明了总位移云图及矢量图中表现出来的斜坡位移主要是沉降位移的规律。

图9 z向位移云图

图11 典型剖面3z向位移云图

模型Y向的位移场分布情况如图12～14所示。在图中以斜坡顶部为界，模型位移场被分成了两个不同的区域，斜坡顶部为正的位移值（沿Y轴正方向），大小为0mm～0.5mm，顶部以下部分为负的位移值（沿Y轴负方向），大小为0mm～7.7mm。出现的位移分布情况与斜坡坡面形态和岩层的内倾构造有关，斜坡顶部的片麻岩层内倾，倾向于Y轴正向，这使得该部分岩土体有顺着斜坡岩层倾向方向滑动的趋势，最终造成了这部分的位移值为正值。斜坡顶部以下部分表现的沿斜坡倾向和边坡倾向的位移值与正常的边坡位移方向相似，只是表现的位移值较小。

图10 典型剖面1z向位移云图

图12 y向位移云图

图13 典型剖面1y向位移云图

图14 典型剖面3y向位移云图

X方向的位移分布情况如图15～17所示。由于斜坡地表面凹凸不平，地势较为复杂，沿x轴正负方向均存在一定的角度，使得模型在x正负方向都产生了一定的位移，正位移量值在0mm～2.34mm，负位移量值在0mm～1.4mm，与z向沉降位移值相比，表现得很小，所以其对模型的稳定性影响很小［8］。

图15 x向位移云图

图16 典型剖面1x向位移云图

图17 典型剖面3x向位移云图

4 结论

基于有限差分数值软件FLAC3D对热玛村后山崩塌危岩体进行模拟，选取了能全面反映模型内部位移分布情况和模型不同区域重要性的典型剖面1和3，通过建立模型、参数赋值，位移场分析对11处危岩危岩进行稳定性分析，得出1#、3#危岩体处于欠稳定状态，2#、4#～11#危岩体处于相对稳定状态。