牡丹苑滑坡穩(wěn)定性計算及數(shù)值模擬分析

梁海 王永鵬 黃佳

(西北勘測設(shè)計研究院，陜西西安 710065)

1 工程概況

牡丹苑地處秦嶺北麓，位于西安市戶縣石井鎮(zhèn)阿姑泉村，為一市級風(fēng)景旅游區(qū)。滑坡位于景區(qū)中東部，是景區(qū)主要部位，為一土質(zhì)老滑坡。由于近幾年來，景區(qū)大量建設(shè)，開挖修路，且地下水活躍，引起滑坡體出現(xiàn)蠕動變形，坡面及建筑物多處出現(xiàn)裂縫，并呈現(xiàn)新的滑坡特征。

2 滑坡變形原因分析

根據(jù)對牡丹苑滑坡進(jìn)行勘察，滑坡體平均厚度約20 m，滑坡典型剖面2—2'剖面圖見圖1。從圖1可見，滑坡地下水位淺，地下水位統(tǒng)計表見表1;根據(jù)對滑坡及周邊調(diào)查，區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育，多為人為引排山體泉水澆灌地表景觀植物，且區(qū)內(nèi)無修筑的排水溝;滑坡后緣有廢棄水塔和水溝，常年積水滲入坡體。造成坡體土體多處于飽和狀態(tài)，表部土體出現(xiàn)蠕滑現(xiàn)象，建筑物和坡體多處開裂［1］。

圖1 牡丹苑滑坡2—2′工程地質(zhì)斷面圖

地層:①第四系全新統(tǒng)坡洪積層黃土狀土和粉質(zhì)粘土;②第四系全新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土;③第四系上更新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土;④元古界寬坪群石英片巖。

表1 牡丹苑滑坡地下水位統(tǒng)計表

另外，人為在坡體前緣開挖修筑道路，使得坡體失去原有的平衡，導(dǎo)致道路墻體多處出現(xiàn)鼓脹裂縫，且呈現(xiàn)新的滑坡地貌特征。

綜上所述，人為引排水和開挖建設(shè)是造成滑坡不穩(wěn)定的主要因素。

3 穩(wěn)定性計算

正確判斷滑坡穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢是合理治理滑坡的前提［2］。根據(jù)牡丹苑滑坡滑帶土室內(nèi)試驗結(jié)果，結(jié)合經(jīng)驗，綜合確定主滑段 c，φ 值，見表2。

表2 牡丹苑滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)建議值表

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，老滑坡體多處出現(xiàn)裂縫，滑坡前緣道路墻體出現(xiàn)鼓脹裂縫，經(jīng)過分析，推斷老滑坡體中前部存在新的潛在滑坡。

本次采用傳遞系數(shù)法對老滑坡和新的潛在滑坡分別進(jìn)行計算。由于該滑坡地處秦嶺北緣斷裂，區(qū)內(nèi)地震烈度為7度，需考慮地震因素;滑坡地下水發(fā)育，加之人為引排泉水，需考慮暴雨工況。綜合分析，確定三種穩(wěn)定性計算工況:天然工況(工況1)、暴雨工況(工況2)、暴雨 +地震工況(工況3)，計算模型見圖2，圖3，計算結(jié)果見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定性驗算結(jié)果

圖2 2—2′剖面穩(wěn)定性計算條分圖

根據(jù)計算結(jié)果，老滑坡在天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，在暴雨、地震+暴雨狀態(tài)下達(dá)到臨界值，潛在滑坡在天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，在暴雨和地震+暴雨狀態(tài)下不穩(wěn)定，因此滑坡需要進(jìn)行治理。

圖3 潛在滑坡穩(wěn)定性計算條分圖

4 ANSYS有限元數(shù)值模擬分析

利用ANSYS有限元軟件，以2—2'剖面為典型剖面，對滑坡進(jìn)行應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)值模擬。滑坡幾何模型如圖4所示，并把力學(xué)簡化為平面應(yīng)變，通過土工試驗以及工程經(jīng)驗給出模擬參數(shù)。假定基底為固定約束，兩側(cè)為法向約束，只允許豎向變形，上部邊界為自由邊界，模擬成果見圖5～圖12。

圖4 滑坡幾何模型

圖5 數(shù)值計算模型

圖7 x方向位移云圖

圖8 y方向位移云圖

圖9 x方向應(yīng)力云圖

模擬計算參數(shù)如下:

黃土狀土:

粉質(zhì)粘土:

粉質(zhì)粘土:

石英片巖:

圖10 y方向應(yīng)力云圖

圖11 第一主應(yīng)力（S1）云圖

圖12 第三主應(yīng)力（S3）云圖

從計算結(jié)果可以得到以下結(jié)論:

1)從圖7的x方向的位移云圖可以看出，新地層與老地層在交界面上位移差較大，說明在交界面處滑動趨勢比較大，可以認(rèn)為該滑坡的滑動面為交界面;2)從各應(yīng)力云圖可以看出，滑坡上部應(yīng)力較大，尤其在滑坡后緣和坡腳處，說明在這些位置為巖土體抗拉強度最先到達(dá)處，表現(xiàn)為一系列張拉裂縫。

5 治理措施

根據(jù)滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果，滑坡需要治理。由于該滑坡地下水發(fā)育，人為引排泉水灌溉，造成地下水位抬升(1.1 m～14.5 m);人為大量修建建筑物，在滑坡前緣開挖修路，減小了抗滑力。經(jīng)過綜合分析，提出“以排水為主，支擋為輔”的滑坡治理原則。

依據(jù)治理原則，修截水溝，對該滑坡體周圍的水源進(jìn)行攔截;修排水井并抽水，降低滑坡體水位;在滑坡體前緣建適當(dāng)抗滑樁，增加抗滑力，使滑坡恢復(fù)原有平衡。

6 結(jié)語

滑坡災(zāi)害是山區(qū)建設(shè)中的一個重要問題，可導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，只有充分認(rèn)識和分析滑坡的發(fā)育機理及誘發(fā)因素，綜合分析，方能成功進(jìn)行治理［3］，并且將其“治早治小，一次根治，不留后患”。本文對牡丹苑滑坡所處的特殊構(gòu)造位置、形成機理及誘發(fā)因素進(jìn)行分析，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行計算，提出有針對性的滑坡治理措施，供同類滑坡分析借鑒。

［1］謝世剛，孫好善.國道213線某滑坡形成機理及穩(wěn)定性分析［J］.巖土工程界，2009，12(9):52.

［2］涂鵬飛，李茂斌，王志儉.張家灣滑坡穩(wěn)定性分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(9):5223-5225.

［3］田義斌，厚行霞.沿龍穆爾溝段公路滑坡變形原因及穩(wěn)定性分析［J］.路基工程，2008(2):191-192.