考虑滑带变形劣化特征的类土质滑坡稳定性模拟分析.pdf

科学技术创新 2023.25考虑滑带变形劣化特征的类土质滑坡稳定性模拟分析陈志超1,2（1.福建省地质工程勘察院，福建 福州；2.自然资源部丘陵山地地质灾害重点实验室，福建 福州）绪论根据对金钟山滑坡的初步勘察，金钟山滑坡具有较厚的残坡积土层和全风化层，这种土层具有明显结构性特征，多数学者将这类性质介于岩质和土质之间的过渡类型称为类土质1。香港地区将风化花岗岩称为腐岩(Saprolite),“它是指处于全风化带和强风化带中的并保留原有结构的岩土混合体”2。该滑坡是宁德境内最大的类土质滑坡，可作为福建省内类土质滑坡的典型代表。仅从规模和代表性的角度就具备重要的研究价值。坡体经过两次大规模治理，仍不能保持稳定。研究者认为其与滑坡滑带参数的选取有着重要关系，类土质滑坡破坏后，其岩土体参数存在明显的下降现象，不能以原土体强度参数代替滑带参数进行稳定性分析。目前已经有较多学者采用环剪试验获取滑带参数3，为此，研究拟采用环剪试验获取滑带参数，进行滑坡数值模拟，其最终的治理结果和思路将为相同类型的滑坡防治研究提供较好的借鉴。因此从地质灾害防治研究的角度出发，该滑坡也具备重要的研究价值。1滑坡概况1.1滑坡特征及演化阶段滑坡场地地处丘陵地貌单元，滑坡所在山体整体地形浑圆，山体顶部标高 133.92 m，山脚标高 48.33m，高差约 85 m，山坡自然坡度约 2035毅，植被发育。滑坡中心区域内分布地层岩性上覆主要为第四系残积粘性土层（Q4el），下伏为燕山早期第二次侵入中粒花岗闪长岩及其各风化层（酌啄52（3）b）。该滑坡（边坡）共经历 4 次主要变化阶段：（1）初次综合治理阶段：于 2010 年 8 月份对拟建设用地原始山坡进行开挖，形成宽约 155 m、高度1228.5 m、坡度约 60毅的高陡边坡。于 2010 年 8 月对该边坡进行综合治理支护，在边坡坡脚设置长约 50m，厚度约 1 m，高约 2 m 的毛石砼挡墙。在坡面设置了预应力为 1 000 KN 锚索框架，坡脚与坡顶设置了截排水措施。期间并未出现任何变形。（2）滑坡初次变形阶段：2012 年 7 月 2 日，受降雨影响，边坡上部山坡处出现一道长约 80 m 下错裂缝，两个月内由最初的 0.1 m 错落到现状 1.54.3 m，随后坡面局部出现数道走向不一的张拉裂缝，边坡支护区域大部分格构梁发生错断、推挤变形，坡脚地面局部出现隆起迹象，滑坡形成。（3）二次治理阶段：2013 年初对滑坡进行综合摘要：金钟山滑坡发生了多期次的变形，支护困难，其主要原因在于对滑坡特征及演化机制了解不清，并且在设计工程中未考虑滑带土的影响。为此，通过滑坡各阶段的数值模拟，系统的获取滑坡各阶段的变形特征，了解滑坡的演化机制，并在此过程中引入滑带模块，并采用环剪试验获取滑带参数，建立考虑滑带的滑坡稳定性分析模型，充分阐述滑带对滑坡变形，特别是桩前土变形的影响。通过监测数据及场地实际变形情况，验证了考虑滑带土模型的准确性，并验证了滑坡二次支护失效主要为桩前土的局部变形而非整体变形。关键词：类土质；滑坡；滑带；数值模拟中图分类号院P642.22文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤25-0050-04基金项目院福建省自然科学基金（2021J01449）；自然资源部东南生态脆弱区监测修复工程技术创新中心自主研究课题（KY-070000-04-2022-018）。作者简介：陈志超(1988-），男，硕士研究生，工程师，主要从事地质灾害治理方面工作。50-2023.25 科学技术创新治理，治理工程包括在原边坡坡顶进行卸载并设置了抗滑桩，桩径 2 m，桩间距 4 m，桩顶采用预应力锚索加固。治理完工时间为 2013 年 12 月，施工完成后期间，滑坡继续变形迹象不明显。（4）桩前土再次变形阶段：2014 年 7 月开始，滑坡抗滑桩前部平台开始逐渐下错沉降，桩间部分挡土板发生断裂顶出，坡面格构梁发生断裂，坡脚挡土墙出现开裂等迹象，现今滑坡在每次持续强降雨过后依然有局部变形破坏迹象发生。滑坡演化过程见图 1。1.2滑坡变形监测根据滑坡桩前土监测孔 C8 和坡脚监测孔 C11 数据数据显示。抗滑桩桩前平台监测孔 C8，变形主要分为 2 个期次。初期变形累计最大位移突变区间在 26m 附近，为最初滑带所在位置，表现为剪切变形。026 m 区间表现出倾斜特征，表明滑体呈现出整体连续变形，滑体完整性遭到破坏。二次变形在 2015 年 4-10 月期间，测斜孔 09 m 区间出现较大变形，推测桩前土在 9 m 处出现滑移。估算 C8 孔上部累计最大位移量约 150180 mm。滑坡坡脚 C11 监测孔，变形分为两个期次，初期变形最大变形量 100 mm，变形突变点位于 10 m 附近，变形量约 60 mm，滑带位于 19 m 附近，表现为剪切变形。该区域变形最大时间为 2014 年 9 月，9 月以前未见监测数据，2014 年 9 月以后变形趋于缓和。二期变形时间在 2015 年 6-10 月期间，最大累计变形量125 mm。2滑坡及滑带强度参数分析前期勘察设计阶段，滑坡体物理力学参数主要通过常规的室内直剪试验进行确定，对于风化岩体按规范取经验值。主要获取土体天然状态（天然工况）及饱和状态（强降雨工况）直剪抗剪强度参数用以条分法滑坡稳定分析。最终结果如表 1 所示。为进一步研究滑带土对滑坡稳定性及支护结构的影响，研究通过环剪试验，获取滑带残余强度参数用以替代土体强度参数。根据测试成果，滑坡滑带土的残余强度参数见表 1。表 1岩土力学参数统计3模型设置及工况为了研究滑坡演化过程的变形特征和变形机理，研究选取了滑坡变形过程中的 2 个阶段 3 个工况状态进行数值模拟分析。工况淤选取滑坡初步开挖并施加挡墙和锚索框架的初次综合治理阶段，工况于为施加抗滑桩的二次治理阶段。另外，由于滑坡在初期变形阶段已发生滑移，滑带已经形成，为了研究滑带土对滑坡整体以及滑坡桩前土的影响，在滑坡二次治理阶段的模拟中，根据根据阶段（1）中的滑带特征及形重度 粘聚力 C 内摩檫角 名称 kN/m3(kPa)（）备注 17.1 18.9 21.9 天然状态 残积粘性土 17.7 13 19.4 饱和状态 17.1 20.5 22.1 天然状态 滑带参数 17.7 13.8 14.2 饱和状态 全风化花岗闪长岩*20.0*20*25 经验值 以下地层对滑坡影响较小采用经验值 经验值 图 1滑坡演化过程渍51-科学技术创新 2023.25态，引入滑带模块，设置了针对的对照的工况盂模型。模型岩土体参数采用表 1 常规试验成果，土体主要采用饱和参数。滑带参数采用环剪试验得出的残余强度结果，弹性模量取 20 Mpa、泊松比取 0.30。各工况中的抗滑桩、挡土墙采用实体单元，强度采用混凝土参数。由于篇幅所限仅选取滑坡中部的 4-4 主剖面进行 2D 建模分析。4数值计算结果分析数值计算结果主要通过滑坡体模型的 X 方向位移变化进行分析。X 方向位移变化主要由于该滑坡体主要进行深部位移监测，为方便与监测成果进行比较，选取 X 方向位移作为参考值。最终分析结论如下：4.1滑坡初期治理阶段（工况淤）根据工况淤X 方向位移云图（见图 2）滑坡中后部应变整体分布区间达到坡面以下 2025m 处，较推测滑坡滑面偏浅，但整体形态基本一致。滑坡 X 方向最大位移位于坡脚，位移量约720 mm，坡体中部位移量约 300500 mm，由于该阶段未进行滑坡位移监测，无法判断位移准确性，但根据滑坡变形迹象判断，整体变形状态基本一致。滑坡模型后缘位于坡脚以上约 50 m 位置，与实际滑坡后缘位置基本一致。4.2滑坡抗滑桩治理阶段（工况于、盂）为了研究滑带对滑坡体后期变形特征的影响，采用未施加滑带的工况于和施加滑带的工况盂两种工况进行数值模拟分析，两种工况下除了滑带参数变化其他各计算参数均保持一致。（1）根据工况于、盂模拟结果，两种形式模拟均得出滑坡在抗滑桩施工完成后桩后土体变形量较小，主要变形集中在桩前土，这与 1.2 节中的监测结果一致。由此可知，抗滑桩在滑坡后期起到了一定的阻滑作用，滑坡的后期的失稳主要为桩前土的局部变形。（2）从变形现象及变形量角度看，根据两种工况下滑坡的 X 方向变形云图可知，在未单独施加滑带情况下，最大 X 方向位移发生在坡面处，桩前平台位移约 120 mm。工况盂考虑滑带的作用情况下，其在设置滑带的位置存在明显的应变，抗滑桩桩前土的变形也延伸至挡墙前方，抗滑桩桩后平台的 X 方向位移达到了 160 mm 左右。根据 1.2 节中对滑坡位移的监测结果，在考虑滑带的情况下的数值计算结果与实际更为接近。另外根据现场调查结果，滑坡在二次治理后期挡墙前方平台出现明显变形隆起迹象，因此，工况于模拟结果与该事实相悖，工况盂模型与实际更为相符。从稳定性分析角度上看，工况于通过强度折减法计算后的滑坡稳定性系数为 1.13，处于基本稳定状态，但滑坡桩前土已发生变形，因此与实际情况部分。工况盂滑坡的稳定性系数为 0.90，处于不稳定状态，这与滑坡实际情况相符。综上所述，工况盂模拟成果与实际更相符。（3）滑带的加入使滑坡桩前土变形加大了 40mm，滑坡的整体变形情况受滑带影响明显。由此可知，该滑坡滑带在初次变形后已经形成，并对于后期的变形破坏仍存在一定影响。图 2工况X 方向变形云图图 3工况X 方向变形云图图 4工况位移云图Fs=0.98Fs=1.13Fs=0.9052-2023.25 科学技术创新Simulation Analysis of Stability ofEarth-like Landslide ConsideringDeformation and DegradationCharacteristics of Slip ZoneChen Zhichao1,2（1.Fujian Geological Engineering Investigation Institute,Fuzhou,China；2.KeyLaboratory of Department of Natural Resources,Fuzhou,China)Abstract:The landslide deformation of Jinzhong Mountain occurs in multiple stages,and the landslidesupport is difficult.The main reason for the difficulty in support is that the characteristics and evolutionmechanism of landslide are not understood clearly,and the influence of slip soil is not considered in the de原sign engineering.Therefore,through numerical simulation of each stage of landslide,the deformation charac原teristics of each stage of landslide are obtained systematically,the evolution mechanism of landslide is under原stood,and the slip zone module is introduced in this process.The parameters of slip zone are obtained byring shear test,and a landslide stability analysis model considering sliding zone is established to fully explainthe influence of sliding zone on landslide deformation,especially the deformation of soil in front of pile.Basedon the monitoring data and the actual deformation of the site,the accuracy of the model considering the slid原ing zone soil is verified,and the failure of the secondary support of landslide is mainly caused by the localdeformation of the soil in front of the pile rather than the whole deformation.Key words:class soil；landslides;sliding-zone;numerical simulation工况 2 X 方向变形云图和工况 3 X 位移云图，见图 3 和图 4。5结论（1）金钟山滑坡涉及土石方量约 25伊104m3。滑坡体主要物质为残坡积砂质粘性土，具部切穿全风化层，属推移式中层中型土岩混合质滑坡。滑坡物质具有一定的原岩结构，在原生状态及破坏重塑状态下具有明显的强度差异。（2）研究采用有限元对滑坡 2 个变形阶段 3 个工况进行建模分析，数值计算结果与实际变形结果及变形过程基本一致。滑坡体初期变形阶段滑坡以整体变形为主，抗滑桩施工完成，以桩前土的局部变形为主。（3）滑带土滑带土在初次变形后仍对滑坡变形起到一定的影响，主要表现在桩前土变形受滑带影响，整体加深，并从挡墙前部剪出。参考文献1杨明，王波，胡厚田.类土质边坡特征的初步探讨J.水土保持学报，2002（6）：110-112.2胡厚田，王福安，刘涌江.花岗岩类土质高边坡稳定性研究J岩土工程学报，2009，31（6）：824-828.3C.F.Lee et al.Literature Review on EngineeringProperties of and Landslides in Granitic Saprolites inSouth China.53-