巖質邊坡穩(wěn)定性分析

巖質邊坡穩(wěn)定性分析

1巖體結構穩(wěn)定性研究作為一個開放的地質系統(tǒng)，梯度的穩(wěn)定性也是動態(tài)的，影響因素很多。目前，系統(tǒng)中巖石質邊坡的計算沒有完整。通常,對其穩(wěn)定性的評價應兼顧考慮巖體自身的結構性和周邊環(huán)境等外部因素的可變性。但由于巖體結構的復雜性,對其穩(wěn)定性的評價中還存在很多問題,尚待進一步研究和探索。本文以滑體為擾動巖體的某巖質滑坡為研究對象,利用歷史恢復地形方法研究確認其滑坡證據(jù),反演了擾動巖體參數(shù),建立了計算模型,利用Morgenstern-Price法,計算了不同地形演變條件下在自然狀態(tài)、自然+地震、飽水狀態(tài)和飽水+地震等工況下的安全系數(shù),分析其穩(wěn)定性和滑移模式,為工程設計提供參考。2地下穩(wěn)定性水位未見地下穩(wěn)定水位,未見地下穩(wěn)定性水位,且見地下穩(wěn)定水位,概念面為地下穩(wěn)定水位,總體規(guī)劃設計期間未見地下穩(wěn)定水位,總內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內內地下穩(wěn)定性不見地下d滑坡體為擾動巖體,前緣有部分松散體,其余部位保持了原巖體的大部分特征,勘察期間未見地下穩(wěn)定水位。限于條件,未直接進行現(xiàn)場剪切試驗,而是通過回彈試驗得到間接結果,參考其它工程巖體綜合強度力學試驗指標,具體計算參數(shù)列于表1。3計算邊坡的坡度3.1自然邊滑坡防治等級參考《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB50330-2002)、《三峽庫區(qū)三期地質災害防治工程設計技術要求(2004年12月)》與《公路工程抗震設計規(guī)范》(JTJ004-89)以及相關的滑坡防治工程技術要求,并考慮其可能造成的危害,自然邊(滑)坡防治等級應擬定為1級邊(滑)坡。安全系數(shù)控制標準見表2。3.2不利條件的考慮共設定了四大類計算工況:Ⅰ自然狀態(tài):以天然狀態(tài)的容重和自然狀態(tài)的抗剪強度指標為主要計算參數(shù)。Ⅱ降雨狀態(tài):以飽和容重和飽水軟化后的抗剪強度指標為主要計算參數(shù)?？紤]到地形條件和巖體節(jié)理較發(fā)育,不易形成穩(wěn)定水位,降雨通過飽和容重、飽水參數(shù)加以考慮,即潛在滑移面強度值為軟化后的指標值,以此作為不利條件加以考慮。Ⅲ地震作用+自然狀態(tài):主要根據(jù)地震烈度計算附加水平地震力,其它參數(shù)主要依據(jù)自然參數(shù)。水平地震加速度按0.065g考慮。Ⅳ地震作用+降雨狀態(tài):考慮地震時的水平地震力加上持續(xù)強降雨狀態(tài)下潛在滑移面強度值(取軟化后的指標值)。計算用了兩種方法,采用GLE(generalizedlimitequilibrium,簡稱GLE)方法計算安全系數(shù),用于評價邊滑坡穩(wěn)定狀態(tài),主要工作在Geo-slope商業(yè)軟件平臺進行;利用基于有限元的強度折減法,對邊(滑)坡的破壞機制進行分析,主要工作在Rock-science公司Phase2商業(yè)軟件平臺進行。3.3歷史推演根據(jù)勘察,穩(wěn)定性評價區(qū)域可定為一個特大型古滑坡H,選定典型計算剖面2-2,為了全面評價該滑坡的穩(wěn)定特性,對其歷史形成過程進行了歷史推演,分別對推演的初始地形、歷史演替1、歷史演替2和現(xiàn)有自然地形的穩(wěn)定性進行了計算(表3)。3.4飽和水溶液中飛仙關組砂巖強度以2-2剖面為典型斷面,進行了恢復地形穩(wěn)定性計算,用以分析巖體強度參數(shù)的合理性。2-2剖面在恢復地形條件下,下伏宣威組泥頁巖,侵蝕基準面位于坡腳(圖1)。宣威組在此高陡地形下,處于高應力狀態(tài),形成屈服流動。泥頁巖重復剪切流動,使上部飛仙關組砂巖拉裂破壞,局部產生滑動,坡體處于臨界極限狀態(tài)。最終發(fā)生旋轉破壞,形成坐落式滑坡,坡體上的擾動巖體基本保留原有產狀。以此為例,對巖體強度進行了檢驗和反演分析。在后緣裂隙充水和地震作用下,由飽水參數(shù)計算所得安全系數(shù)為0.736。這與該部分巖體歷史上處于臨界狀態(tài)的恢復歷史滑塌事件的認識不相符合,針對此情況用GLE法進行了反分析,假設飛仙關組砂巖強度同步增加,所得反演分析曲線見圖2。從圖2可知,飛仙關組砂巖的飽水巖體綜合強度若增加約1.4倍左右則坡體處于臨界狀態(tài)。后續(xù)計算的飛仙關組砂巖強度為:自然狀態(tài),c=88.0kPa,φ=80.3°;飽水狀態(tài),c=80.0kPa,φ=73.0°。4基于強度折疊法的邊坡效應分析4.1邊坡邊界條件用Phase2軟件進行模擬:滑床和滑體采用線彈性模型,滑帶采用理想彈塑性模型,僅折減滑帶的強度參數(shù)。彈塑性模型采用非關聯(lián)流動準則?？紤]邊坡的自重應力場,側壓力系數(shù)取1。邊坡邊界采用位移邊界條件,兩側、底部的水平、豎向位移全部約束。如何判斷邊坡是否破壞是有限元強度折減法中的一個重要問題,計算中也以此為邊坡的破壞判據(jù),并設置彈塑性計算迭代次數(shù)500次,500次迭代若不收斂說明邊坡已經破壞,此時的折減系數(shù)即為邊坡的安全系數(shù)。限于篇幅,本次有限元強度折減法只對降雨和降雨+地震條件進行了計算。4.2坡腳構造及破壞機理對2-2剖面計算了初始恢復地形和現(xiàn)有地形降雨、降雨+地震兩個工況下的穩(wěn)定性,整理出了剪應變云圖,具體破壞模式見圖3。從圖3(a)可知,在初始恢復地形下,巖質邊坡近于直立,這可以從破裂面推測得知,坡腳出露宣威組泥頁巖,其在高陡地形、高應力狀態(tài)下,進入屈服狀態(tài),形成坡腳不斷滑移狀態(tài),計算采用重復剪切強度,上部較硬的飛仙關組砂巖拉裂,形成坐落式破壞。這種破壞對滑體材料的破損程度較小,擾動巖體仍保持有一定的結構構造。這一點得到了踏勘及勘察資料的證實。后期由于不同時期坡形的不斷改變,坡面形狀不斷發(fā)生歷史演替,直到現(xiàn)有地形。這期間該古滑坡再沒有發(fā)生大規(guī)模沿著老滑動面的整體破壞,只是局部部分滑移,從圖3(b)～(c)可看出,后期的破壞均是前緣或者表層局部先動,為其余部分的移動調整提供空間和臨空條件。5滑動穩(wěn)定性評價5.1充水情況對造林效果的影響用極限平衡法進行了2-2剖面(圖1)的穩(wěn)定計算,其中針對初始地形又補充了后緣裂縫不充水、充水一半和全部充水計算方案,結果統(tǒng)計列于表4與圖4。由圖4可知,隨著充水程度的增加,充水量對安全系數(shù)的影響也逐步減小,最大減幅可達0.017～0.024,這說明水對地震對滑坡的破壞有改善作用?？紤]地震情況的安全系數(shù)要比不考慮情況下的安全系數(shù)小0.26左右,說明該地形條件下地震的破壞作用較強?？紤]降雨飽水時安全系數(shù)要比自然狀態(tài)小0.103左右,說明長時間降雨使得巖體飽水對滑坡穩(wěn)定的影響僅次于地震作用。5.2模擬結果剖面位置在初始地形條件下,地震和降雨作用使坡體處于臨界狀態(tài),發(fā)生坐落式滑坡。雖然坡體的飛仙關組砂巖和宣威組泥頁巖保持了原有產狀,但是巖體變?yōu)閿_動巖體,物理力學特性劣化,再在內外動力地質作用下,坡形繼續(xù)改變。根據(jù)初始地形破壞推測的歷史演替地形計算剖面見圖5。隨著地形的繼續(xù)變化,坡體穩(wěn)定狀態(tài)也在繼續(xù)變化。歷史演替地形安全系數(shù)計算結果統(tǒng)計列于表5,不同工況均在此潛在滑動面的基礎上進行。5.3-2剖面模型經過歷史地形演化分析,可以發(fā)現(xiàn)隨著坡形越接近現(xiàn)有自然坡形,2-2剖面的安全系數(shù)逐步增加,說明隨著內外動力地質作用對于坡形的改變,該古滑坡的穩(wěn)定性是逐步增加的。按圖6搜索的最不利滑動面,對3.2節(jié)的四種工況計算了滑坡的穩(wěn)定性,結果見表6。5.4對于覆巖上的培養(yǎng)過程,我國系數(shù)統(tǒng)計量表按設計的四種歷史追蹤地形和四類計算工況,進行了分析和計算,安全系數(shù)統(tǒng)計列于表7。根據(jù)表2,地震作