陜北某滑坡坡腳開挖深度與滑坡失穩模式分析

何守業

（西北有色勘測工程公司，陜西西安710054）

陜北某滑坡坡腳開挖深度與滑坡失穩模式分析

何守業*

（西北有色勘測工程公司，陜西西安710054）

在陜北地區，坡腳開挖是導致黃土滑坡失穩的主要原因之一。隨著開挖深度的不同，其失穩模式也不盡相同，部分滑坡失穩模式為黃土內部滑動型，部分為黃土—基巖滑坡。以該滑坡調查、勘察資料為依據，分析坡腳開挖過程中滑坡變形破壞的特征，為該黃土滑坡坡腳進行工程建設時提供參考和依據，盡可能減少經濟損失。

開挖；黃土；滑坡；失穩

1 區域概況及滑坡特征

該滑坡位于陜北黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區，屬于典型的繼承型和繼承、侵蝕混合型的黃土梁峁區及河谷階地區。坡腳基坑開挖處位于黃土斜坡坡腳平緩處。區內主要發育中—新生代地層，包括侏羅系中統延安組砂巖和第四系土層。第四系遍布全區，侏羅系地層多在黃土斜坡坡腳出露或埋藏于松散層之下,被第四系地層覆蓋。

根據鉆探、探槽和基坑開挖揭露顯示，在基坑尚未開挖時，該滑坡為黃土—基巖型。滑體物質組成主要為上更新統（Q3）馬蘭黃土、中更新統（Q2）離石黃土、黃土層下的砂礫石層及侏羅系（J2）泥巖。滑坡前部滑體地層混亂，表現為粉質粘土、泥巖及少量砂礫巖相互錯動，滑體中后部主要由馬蘭黃土和離石黃土組成。基坑邊界距滑坡坡腳約7m，基坑寬度18m，邊坡角度60°，未開挖時基坑所在平面與下方滑面垂直距離約9.5m,滑坡剖面及基坑位置如圖1所示。

圖1 滑坡主剖面及基坑位置

參數選取采用試樣的室內試驗數據、滑坡現狀分析進行的力學參數的反演計算結果及參考當地滑坡滑帶土的經驗值綜合確定，確定滑體C=28kPa，φ=26°；滑帶土C=22kPa，φ=21°。

2 開挖深度與失穩模式

2.1 建立開挖模型

在MIDAS-GTS中創二維建物理模型，坡高65m，縱向長度150m，將坡體劃分成許多微小的三角形，在軟弱帶附近小三角形尺寸進一步縮小。建立開挖深度從0～9m的滑坡模型。圖2、圖3為滑坡開挖未開挖、開挖1m、3m時古滑坡在模擬軟件中所使用的物理模型。

圖2 基坑開挖1m時的物理模型

圖3 基坑開挖3m時的物理模型

2.2 動態開挖下滑帶變化

抗滑段由未開挖至基坑開挖深度到9m動態過程中，有限元軟件將滑坡劃分成許多微小單元體，計算出每個單元的應力、應變和每個節點力及位移，進而將應變或位移軌跡類似的節點連接成線或帶，應變或位移最大的面或帶即為滑面。最大剪應變帶發生明顯變化能說明古滑坡滑面發生改變的情況，滑面的變化將導致古滑坡抗滑力的變化進而穩定性發生變化，動態開挖過程中最大剪應變模擬結果如圖4～圖7所示。

圖4 開挖1m時坡體內最大剪應變云圖

圖5 開挖3m時坡體內最大剪應變云圖

圖6 開挖4m時坡體內最大剪應變云圖

圖7 開挖5m時坡體內最大剪應變云圖

抗滑段開挖深度1m時，最大剪應變范圍變化尚未變化，而剪應變值有一定增加。軟弱帶依然在黃土內部呈圓弧狀，在坡腳下層在前緣與侏羅紀砂巖或泥巖相接形成折線滑帶，說明抗滑段開挖1m后，塑性區中軟弱帶范圍尚未發生變化。在滑面不變的前提下，開挖減小部分抗滑段重量，降低古滑坡安全儲備。

當開挖深度增加至4m時，古滑坡滑軟弱帶范圍雖未發生明顯變化，但最大剪切應變值已有一定幅度增加，軟弱帶在滑面下部與基巖交界處稍有上提，在基坑底面位置與原滑面之間出現應變帶。當開挖深度至5m時，軟弱帶塑性區發生明顯變化，在基坑底部附近由原來的折線變為圓弧狀，出現新的剪出口。下部滑面整體上抬，形成黃土內部整體圓弧滑帶，滑坡滑面由坡基式轉變成坡體式。且最大剪應變集中于坡腳基坑邊緣處。基坑底面距離原折線滑帶中心約5m，由于抗滑段土質相對密實，因此基坑底面與原滑面之間的土體承擔了抗滑作用，在此開挖深度下，滑面前方土體即原來的抗滑段已經基本失去阻滑作用。

3 結論

本文通過對陜北某黃土邊坡的勘查、室內試驗及數值模擬發現：該滑坡坡腳基坑開挖深度不超過4m時，滑坡的失穩模式為黃土—基巖滑坡；當基坑深度超過5m時，滑坡內部滑面發生變化，滑面由坡基式轉變成坡體式，在基坑底部將產生新的剪出口，原抗滑段將失去阻滑作用，極大地加速原滑坡的失穩。

[1]雷祥義.陜西關中人為黃土滑坡類型的研究[J].水文地質工程地質.

[2]劉悅.黃土路塹邊坡開挖變形機理的離心模型試驗研究[J].水文地質工程地質.

[3]陳叢新.邊坡穩定離心模型試驗中離心力分布不均勻的影響[J].巖土力學.

[4]李明.邊坡開挖破壞過程的離心模型試驗研究[J].巖土力學.

[5]李廣信.土的卸載體縮的試驗研究及其機理探討[J].巖土工程學報.

P642.22

A

1004-5716(2015)05-0003-03

2014-11-10

2014-11-26

何守業（1965-），男（漢族），河南三門峽人，高級工程師，現從事巖土工程勘察設計及研究工作。