機(jī)場(chǎng)順層填方邊坡的穩(wěn)定性在FLAC3D中的分析

摘 要：山區(qū)機(jī)場(chǎng)的填方邊坡是山區(qū)機(jī)場(chǎng)建設(shè)的主要問題，尤其是順層邊坡的填筑影響最大。文章以貴州某機(jī)場(chǎng)13#順層邊坡為例，從斜坡的地質(zhì)環(huán)境入手，分析斜坡的基本特征及變形規(guī)律，結(jié)合FLAC3D數(shù)值模擬，揭示了填筑后的斜坡的破壞機(jī)制及其發(fā)展過程。

關(guān)鍵詞：順層邊坡；填方邊坡；數(shù)值模擬

引言

大量事實(shí)表明，山區(qū)機(jī)場(chǎng)的高填方邊坡是山區(qū)機(jī)場(chǎng)建設(shè)的主要問題。尤其是填筑過程中不可避免的順坡填筑，往往會(huì)降低填筑邊坡的穩(wěn)定性，易引發(fā)工程事故。比如攀枝花機(jī)場(chǎng)，曾在施工和運(yùn)營(yíng)期間發(fā)生過數(shù)次滑坡。文章以貴州省草海市某擬建機(jī)場(chǎng)13號(hào)斜坡為例，通過FLAC3D模擬加載后邊坡在各種工況下的變形特征，探討在順層斜坡中填筑體對(duì)斜坡的穩(wěn)定性影響。

1 斜坡的概況

機(jī)場(chǎng)填方區(qū)擬建于一條形山脊的兩側(cè)，13號(hào)斜坡分布于該山脊的東面。原始斜坡坡度在15°～24°?；鶐r為二疊系泥灰?guī)r、碳質(zhì)頁(yè)巖與砂巖互層，其中軟弱夾層以泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖為主，風(fēng)化嚴(yán)重。巖層傾向60°～80°（與坡向基本一致），傾角15°～22°，構(gòu)成緩傾順層斜坡。表面覆蓋第四系殘坡積物，厚度小于5m，巖層中夾雜有軟弱的碳質(zhì)頁(yè)巖和泥巖。填區(qū)最大高程在2445m，機(jī)場(chǎng)跑道需經(jīng)過斜坡頂部（如圖1）。區(qū)內(nèi)最大填方高度約60m，臨近邊界，削坡高度約11m，填筑坡度約26°。填料為區(qū)域內(nèi)開挖基巖作為填料。分多次壓實(shí)填筑，減少填筑體本身對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。

2 13號(hào)斜坡基本特征

13號(hào)不穩(wěn)定斜坡全長(zhǎng)329.4m，寬135.6m，后緣高程為2445m，前緣高程2362m，相對(duì)高差83m，主滑方向NE99°。整個(gè)斜坡的形態(tài)上小下大的近“長(zhǎng)舌形”。斜坡共內(nèi)分為2級(jí)緩傾平臺(tái)，第二級(jí)平臺(tái)高程為2415～2450m，平均坡度為14°，長(zhǎng)約40m。第一級(jí)平臺(tái)高程為2390-2405m，坡度約11°，長(zhǎng)約80m。兩級(jí)平臺(tái)之間局部有隆起現(xiàn)象。

斜坡表面覆蓋物以粘土和粉質(zhì)粘土為主，中-后部厚度約2.5m左右，陡峭部位約0.5m；前緣是巖溶漏斗形成的堆積平臺(tái)，約7m。據(jù)鉆孔揭露，最深達(dá)到9.6m。根據(jù)ZK13-1和ZK13-7揭露后緣巖層為泥巖和炭質(zhì)頁(yè)巖，兩者接觸深度在5.8～7.5m不等。ZK13-12和ZK13-13揭露出斜坡中部，深度在6.1m-15.5m之間，出現(xiàn)有炭質(zhì)頁(yè)巖和泥巖互層。ZK13-19揭露出深度10.8m以下有全填充和半填充的溶洞，高度約2.8m，填充物質(zhì)為碎石土，母巖為灰?guī)r。

3 斜坡變形破壞機(jī)制

斜坡的變形破壞是由于降水過程中地表水通過地表裂縫和節(jié)理裂隙滲入巖層，水滲透并軟化泥質(zhì)條帶后斜坡體巖層內(nèi)滑帶逐漸發(fā)育，在水動(dòng)力和自重作用下斜坡開始蠕滑變形。

4 預(yù)加載數(shù)值模擬分析

采用FALC3D有限差分法計(jì)算軟件對(duì)擬建填方斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，模型的組建主要采用的是Ansys有限元軟件。模型沿X長(zhǎng)499m，沿Y長(zhǎng)217m，以左右兩側(cè)邊界為界，Z方向最短約50m。模型共137726單元，25898個(gè)節(jié)點(diǎn)。材料破壞準(zhǔn)采用Mohr-Coulom破壞準(zhǔn)則，并且采用大變形和大應(yīng)變能力的soild185單元構(gòu)造三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。斜坡參數(shù)如表1。

據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001），該機(jī)場(chǎng)所處地區(qū)抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.1g。模型選取局部阻尼，局部阻尼系數(shù)取0.15。

計(jì)算結(jié)果及分析：

計(jì)算結(jié)果分析如下：（1）在暴雨工況下，斜坡的破壞部位主要發(fā)生在填筑體的臨空部位，影響范圍較小，主要是沿著基覆界面的滑動(dòng)。（2）在地震工況下，破壞沿著原斜坡內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。（3）分析兩種工況，發(fā)現(xiàn)暴雨主要對(duì)填筑體表層臨空部位破壞嚴(yán)重。地震則是沿著斜坡內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。（4）降雨的破壞機(jī)制主要是接觸面間巖土體的軟化，發(fā)展為潛在滑動(dòng)面，從而向臨空面滑動(dòng)。地震的破壞機(jī)制主要是地震對(duì)巖體內(nèi)部軟弱的碳質(zhì)頁(yè)巖和泥巖的破壞，形成潛在的滑動(dòng)面，使得整體填筑斜坡發(fā)生破壞。

5 結(jié)束語(yǔ)

FLAC3D在計(jì)算暴雨，破壞位于填筑體前緣臨空部位，是接觸面間的弧形滑動(dòng)。在計(jì)算地震時(shí)，地震對(duì)斜坡內(nèi)部的軟弱夾層的影響大于填筑體表面的影響，在地震發(fā)生后，整個(gè)填筑體會(huì)沿著內(nèi)部的軟弱夾層發(fā)生破壞。

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