滑坡穩定性分析中Geo-studio軟件的應用

田洪寧 牛彥博 羅剛

摘 要:滑坡作為影響人類生命財產安全的重大地質災害之一,對其的防治具有重要的意義,邊坡的穩定性分析為滑坡的防治提供了重要的理論依據。本文以水布埡水庫壩址區臺子淌滑坡為工程實例,研究了Geo-Studio軟件中SLOPE/W模塊在滑坡穩定性分析中的應用。本文采用SLOPE/W模塊中Morgenstern-Price和Janbu兩種計算方法,分別針對天然及暴雨兩種工況對滑坡進行穩定性計算。計算結果表明,利用Geo-Studio軟件對邊坡進行穩定性分析是可行的,且該軟件還具有眾多獨特的優點。

關鍵詞:Geo-Studio軟件SLOPE/W滑坡穩定性分析安全系數

中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0032-02

1引言

滑坡作為邊坡失穩最為常見的地質災害,它的發生通常會對人的生命財產和經濟建設造成嚴重的損失,邊坡的穩定性分析為滑坡的防治提供了重要的理論依據。目前,我們主要依靠極限平衡法和有限元法來進行滑坡的穩定性分析。極限平衡法通常根據作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比,求該塊體的穩定性系數;有限元法是一種將連續體離散化為若干個有限大小的單元體的集合,以求解連續體力學問題的數值方法。

Geo-Studio是一套專業、高效而且功能強大的適用于巖土工程和巖土環境模擬計算的仿真軟件,其SLOPE/W模塊更是全球巖土工程界首選的穩定性分析軟件,可以利用它對簡單或者復雜的滑移面形狀改變、孔隙水壓力狀況、土體性質、不同的加載方式等巖土工程問題經行分析,本文主要研究Geo-Studio軟件中SLOPE/W模塊在滑坡穩定性分析中的應用。

2工程實例概況

2.1 滑坡概況

水布埡水庫壩址區臺子淌滑坡為基巖微順層滑坡,距水布埡大壩軸線1.3km。滑坡前緣高程205m,后緣最高高程488m,滑體厚35～40m,最厚處可達53m,滑坡東西寬250～305m,前后緣坡長約800m,滑坡面積0.21km2,,體積780萬m3。滑坡形成后,后期由于受流水沖蝕及地層風化崩解的影響,其邊界多為第四系覆蓋。滑坡體基本上夾持于東側叢家灣沖溝和西側昌達灣沖溝之間。滑坡后部較為寬緩,呈凹槽型。滑體中間凸起,兩側低緩,前緣受洪水沖刷,岸坡后退約5～10m,剪出口形態特征較為清楚,呈不規則狀弧形突出。

2.2 地層巖性

滑體中下部表層多分布為碎石、碎屑夾黃褐色粘土,結構松散,厚1～3m;滑體中后部由石英砂巖大塊石、塊石夾碎石、碎屑土組成,淺層大塊石多屬于泥盆系上統黃家磴與云臺觀組砂巖與石英砂巖,一般厚0.5～1.5m,局部較厚,為3～5m;滑體中上層為黃色粘土夾塊石,碎屑石,塊、碎石多為黃綠色細砂巖、粉砂巖、結構緊密,厚8～15m;滑體中下層多為似基巖半解體大塊體夾塊石、碎土石,塊體成份以細砂巖,粉砂巖為主,結構較緊密,厚10～40m;其滑帶土以分布于滑體底部為主,多為黃綠色、灰綠色、灰白色粘土夾碎石、碎屑,結構緊密。據滑帶土的物理性試驗成果表明,滑帶土的含水量較低,為低塑性粘土,局部可見硬塑狀,濕水后呈可塑狀。主滑帶厚一般為0.3～1m左右,最厚達10.6m。

2.3 地質構造

該滑坡處于揚子準地臺中的八面山臺褶帶黔江隆褶束中的宣恩凹褶束和恩施穹褶束中,區內以褶皺構造為主,背斜多緊閉狀,向斜多寬緩狀。區域位于半峽復式大背斜西翼的次級褶皺三友坪平緩向斜的東翼,區內主要的構造行跡除三友坪向斜外,還有斷層、裂隙及層間剪切帶。

2.4 地下水位

滑體內地下水位較低,一般情況下,滑體內僅局部存在地下水位,含水層厚小于1.04m,僅占滑體厚2.22%。暴雨時,滑體內地下水有一定抬升,變化幅度一般為5.31～5.77m,含水層厚度局部達6.81m,占滑體總厚度14.5%。

2.5 參數選取

根據勘察資料以及進行的大量三軸試驗和直剪試驗,得到物理力學實驗成果表,見表1。

綜合臺子淌滑帶土的物理力學試驗成果以及類比國內典型滑坡的滑帶土力學強度值成果,認為臺子淌滑坡穩定計算中滑帶抗剪強度取c=18kPa,φ=20°較為合適。天然重度取γ=22kN/m3。

3滑坡穩定性計算分析

本章將采用Geo-Studio軟件中的SLOPE/W模塊對滑坡進行二維穩定性分析,由于臺子淌滑坡處于水布埡水庫庫岸,受降雨影響較大,所以本文將在天然狀態及暴雨兩種工況條件下進行計算,占不考慮地震對它的影響。

3.1 計算成果

SLOPE/W模塊對滑坡穩定性計算主要有Ordinary、Bishop、Janbu及Morgenstern-Price四種計算方法,本文主要采用Morgenstern-Price和Janbu法分別計算兩種工況條件下滑面的安全系數。

3.2 成果分析

(1)臺子淌滑坡在天然狀態下采用Morgenstern-Price法和Janbu法計算所得的安全系數分別為1.113和1.112,表明該滑坡在天然狀態下,坡體處于穩定狀態。

(2)臺子淌滑坡在暴雨狀態下采用Morgenstern-Price法和Janbu法計算所得的安全系數分別為1.084和1.057,表明該滑坡在暴雨狀態下,坡體處于欠穩定狀態。

(3)計算結果表明,暴雨對該滑坡的穩定性具有較大的影響,滑體在暴雨條件下,由穩定狀態變化為欠穩定狀態,在今后的防治工作中應著重考慮雨水對其的影響。

(4)通過比較兩種計算方法在兩種工況條件下的安全系數,可以看出Janbu法比Morgenstern-Price法的計算結果偏小,所以建議在以后的設計中采用Janbu法所得成果。

4結語

本文以臺子淌滑坡為工程實例,在掌握滑坡自然地理環境及滑坡體基本特征的前提下,通過分析滑帶土的物理力學參數,并考慮參數選取合理性的基礎上,研究Geo-Studio軟件中SLOPE/W模塊在邊坡穩定性分析中的應用,主要得到如下成果:

(1)Geo-Studio軟件能夠快速準確地對邊坡進行穩定性分析,所得結果準確度較高(參考《清江水布埡壩址區及庫首若干重大滑坡穩定性計算分析研究報告》中對該滑坡穩定性計算的結果)。

(2)在Geo-Studio軟件中所得的滑動面與實際勘察所得滑動面基本吻合,說明采用該軟件對邊坡穩定性分析能夠較為準確的反應實際情況。

(3)該軟件中提供了多種邊坡穩定性的計算方法,如Ordinary、Bishop、Janbu和Morgenstern-Price。可以根據實際情況選擇合適的計算方法,同時可以對多種計算方法結果進行對比研究。

(4)SLOPE/W模塊可以對多種工況條件下的邊坡進行穩定性計算分析,使其成為眾多巖土工程師首選的邊坡穩定性分析軟件。

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