陈建国，钟连祥

（江西省地质局工程地质大队，江西 南昌 330029）

贵州省属典型岩溶山地，组成斜坡岩土体类型多样，岩体结构复杂，地质灾害具点多、灾种全、隐患多、发生频繁等特点[1-3]。近年来，随着贵州省公路建设高速发展，高边坡和深挖路堑所占比例越来越大，边坡稳定性问题和地质灾害等地质问题日渐突出。因此，必须重视公路边坡稳定性分析和防护技术的应用研究。

目前，应用比较广泛的边坡稳定性分析方法有：工程地质类比法、传递系数法、数值模拟法等。工程地质类比法能够给出定性的评价，建立与滑坡赋存特征相符的地质模型以供定量计算的物理模型[4-6]。传递系数法是工程上使用较为成熟的方法之一，《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T32864-2016）等标准规范上都借鉴该方法。在工程地质条件比较清楚时，能够较为精确地计算坡体稳定系数，而数值模拟法通过建模分析，可以直观地观察到边坡可能发生滑动的区域内的变形及应力分布状态[7-9]。通过建立合理的数值模型，分析滑坡体内局部有应力集中现象，推断滑面位置及滑坡变形情况，可以进一步验证滑坡堆积体稳定性状态，为确定滑坡治理方案提供可靠的地质依据，并供给实际工作中设计和施工参考，对实际工作中滑坡方案的组合和优化有指导性意义[10]。

基于以上认识，以务川县省道某滑坡体为研究对象，对滑坡岩土特征及滑动机理进行分析，利用传统的传递系数法结合FLAC、MIDAS/GTS 数值模拟中的强度折减法对滑坡稳定性进行进一步综合分析，研究成果对类似滑坡的稳定性分析一定的参考依据。

1 滑坡区工程地质条件

该滑坡发生路段位于务川县省道，该边坡区属构造中低山剥蚀侵蚀斜坡地貌，路段横穿舌形山脊，植被较发育。滑坡所处斜坡区覆盖层为第四系崩塌积块石土（Qc）、残坡积层粘土（Qel+dl）、残坡积层粘土夹碎石（Qel+dl），下伏基岩为二叠系下统茅口组（P1m）灰岩、二叠系下统梁上组（P1l）炭质页岩夹煤层、中生界志留系中上统韩家店群（S2-3hn）灰色泥岩局部夹泥灰岩。研究区地质构造复杂多样，以北北东向和北东向多字型构造为主。该边坡区无断层通过，地层稳定，岩性单一，岩体呈单斜产出，岩层产状119°∠61°。

地表水系不发育，坡面无永久性水体，大气降水呈散流状向坡脚沟谷低洼处排流。受地层岩性、构造控制，地下水赋存条件简单。地下水类型主要为灰岩不均一的管道水、泥灰岩基岩裂隙水，其次为覆盖层孔隙水。地下水主要接受大气降水补给，其迳流受地形、岩性等因素控制，多以泉的形式在地势低洼沟谷陡坎分散排泄，动态变化相对较大。

2 滑坡基本特征及成因

2.1 滑坡基本特征

滑坡前缘高程600m，滑坡后缘高程650，高差约50m。斜坡坡向318°，岩层产状119°∠61°，为逆向坡。整个区域地势东南高，西北低，滑坡形态上呈“月牙”形状，滑向318°，面积约为5765.68m2，滑坡厚度约3.2～15.2m，滑坡体积约5.7×104m3，主滑方向312°，滑坡整体为一小型堆积层滑坡。滑坡对公路造成严重的威胁，急需治理。滑坡工程平面图和滑坡1-1′剖面图如图1—2 所示。

图1 滑坡工程平面图

图2 滑坡1-1′剖面图

2.2 滑坡物质组成

滑体：滑塌部分主要为堆积体块石土，灰色，块石成分以灰岩为主，块石含量约70%～80%，次棱角状，部分为钙质胶结，结构密实，承载力低，厚3.2～15.2m。

滑带：根据滑坡裂缝及钻孔资料，以及剪出口滑塌现场，判定滑面碎块石软弱层，潜在滑面为土岩界面。

滑床：包括二叠系下统矛口组（P1m）中厚—厚层状灰色灰岩、二叠系下统梁上组（P1l）灰黑色炭质页岩夹煤层和中生界志留系中上统韩家店群（S2-3hn）紫红色、灰褐色泥岩岩层产状119°∠61°，为逆向坡。

2.3 滑坡形成机理

根据滑坡调查结合钻探等综合勘察结果，滑坡物质构成主要为堆积体块石土，块石成分以灰岩为主，块石含量约70%～80%，次棱角状，结构密实。滑坡产生的主要原因为上、下路基的全面开挖破坏了斜坡的力学平衡状态，本路段为高陡单向坡、坡高；坡度40～52°，上部基岩裸露，下部块石土堆积，厚度大，透水性好，地表水从边坡后缘渗入滑坡体，堆积层重度增大，土岩界面块石土遇水泥化抗剪强度降低；下部挡墙施工切脚，上部坡体失去抵力，引发滑坡。

3 基于MIDAS/GTS 的滑坡稳定性分析

3.1 模型概况

模型的边界范围根据边坡的整体情况确定，X 轴方向长150m，Y 轴方向宽175m，Z 轴方向高190m，该模型根据地勘数据和高程数据较为真实模拟了滑坡地带及周围部分岩土体。其中边坡表面借助MIDAS GTS NX 程序中的地形生成器利用已有实测地形等高线生成了地表部分，岩土层则包含块石土、强风化泥岩、中风化泥岩、中风化灰岩、中风化炭质页岩以及煤层一共6 种岩性。

模型采用四面体、六面体混合单元，将数值模型划分为29216 个节点和39106 个单元。选取计算屈服准则为 Mohr-Coulumb 屈服准则，本构模型为摩尔库伦模型。所建立的模型如图3 所示。

图3 滑坡三维模型图

3.2 边界条件

计算模型除坡面设为自由边界外，模型底部设为固定约束边界，模型四周设为单向边界。在初始条件中，不考虑构造应力（现场沟谷切割，认为构造应力已得到释放），仅考虑自重应力作用下的初始应力。即在程序中采用位移边界条件，即模型的左右（x 方向）边界、前后（y 方向）边界和底边界均施加速度约束条件，上边界为自由边界。

3.3 计算结果分析

3.3.1 位移分析

从位移云图来看（图4），位移主要集中在岩土接触面以上，位移最大值为32cm，分位于滑坡后缘的岩土分界面处的坡面上，在边坡两侧表层土体位移较大，主要是由于在坡体两侧（腰部）多面凌空，约束小，位移较大。

图4 剖面位移云图

3.3.2 剪应变增量分析

从最大剪切应变云图（图5）可以明显看出，剪应变范围主要出现在岩土接触面以上。除边坡四周的表层土体以外（此处剪应变增量较大主要是坡体两侧多面凌空，约束小，边坡的三维效应明显），岩土接触面的剪应变增量是最大的，但目前并没有贯穿整个滑坡体，处于较为软弱的状态，为潜在的滑动面，边坡处于极限平衡蠕动阶段。

图5 剖面剪应变增量云图

3.3.3 应力分析

边坡应力场特征，MIDAS/GTS 应用有限差分法原理可以给出边坡内部应力的变化，得出应力分布云图（图6），本文分析的是典型的斜面边坡，边坡的自重应力场起主导作用。边坡的应力分布是随着坡形发生变化的，从图6 可以看出边坡的应力分布情况，图中左侧不同的颜色表示应力在一定数值范围内的变化。正数为拉应力。负数为压应力。在坡顶、岩土接触面、坡脚出现应力集中区，坡顶应力集中主要是由于卸荷造成。坡脚应力集中区是由于在坡体表面因卸荷原因导致卸荷方向应力减少，这样最小主应力在表面处变为零甚至转换为拉应力，故在坡角存在较大的应力差，容易形成剪应力增高带，使得坡脚的剪应力集中。在岩土界面以上，由于协调变形导致主应力方向偏转，使得竖向受压，横向受拉，很容易产生拉裂缝和压致拉裂缝。

图6 最大主应力云图

3.3.4 稳定安全系数

基于MIDAS/GTS 三维有限差分软件中强度折减法来求解边坡的安全稳定系数，边坡整体稳定安全系数为1.045（图4），处于极限平衡蠕动阶段，必须对边坡进行防护处理。

3.4 评价方法对比分析

MIDAS 三维边坡稳定性分析方法将传统的平面应变分析方法拓展到三维空间中，可以模拟边坡的渐进性破坏过程，得到任意位置的应力、应变、位移等信息，使得分析的结果更加直观。与传统的分析方法相比，其优势明显，特别在分析边坡渐进性破坏过程和变形特性上。给边坡稳定性分析方法研究提供新思路。

4 结论

通过对省道公路某滑坡形成机制进行分析和稳定性计算，可以得到以下结论：

（1）滑坡主要为一小型牵引式堆积层滑坡，受公路修建开挖左右影响形成，滑面为碎块石软弱层，潜在滑面为土岩界面；

（2）省道公路某边坡主要由碎石土覆盖层、强风化泥岩和灰岩构成，坡体较为松散，其自身稳定性差。滑体物质较为松散，遇水易软化并最终形成滑坡；

（3）通过采用MIDAS/GTS 三维数值模拟对滑坡的稳定性进行分析，结果表明：滑坡处于极限平衡蠕动阶段，需要采取合理的工程治理措施，否则随着时间推移，在不利因素的综合影响下，有可能滑坡滑动面全部贯通，从而导致滑坡体发生整体滑移变形，造成人的生命和财产安全损失。