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基于三维数值模拟的四川某滑坡稳定性研究
文章字数：1401
摘要：选取四川某地滑坡作为研究对象。根据详细地勘资料，结合滑坡所处的地形地貌等因素，基于Rhino 6.0软件建立滑坡的三维模型，利用FLAC 3D软件计算滑坡的稳定性情况，对比分析天然工况和暴雨工况下滑坡的稳定状态，讨论滑坡稳定性的影响因素，并给出合理建议。
关键词：滑坡；稳定性；降雨；数值模拟
我国滑坡灾害频发，自1980年以来平均每年都有重大的滑坡地质灾害产生[1]。据统计，中国因极端降雨诱发的山体滑坡占其总量的50％[2]。在全球范围内，山地滑坡作为一类典型地质灾害，其危害程度尤为显著。从综合影响程度考量，该灾害的严重程度仅次于地震与火山活动，共同构成全球三大主要地质灾害。本文以四川某滑坡为例，采用Rhino 6.0与FLAC 3D建立三维模型，分析天然与暴雨工况下的应力、位移及稳定性系数，为滑坡治理提供依据。
一、工程地质条件
滑坡位于四川省西南部金沙江北岸，属构造侵蚀高山峡谷地貌。坡体呈“缓—陡—缓”形态，上部坡度11°，中部15~20°，下部30~35°。地层主要为第四系堆积层（碎石土、角砾土）与奥陶系灰岩、页岩，坡体发育断层。无稳定地下水，降雨为主要水源。
二、三维模型的建立与参数选取
模型尺寸1390 m（X）×680 m（Y）×700 m（Z），包含第四系覆盖层、S1h灰岩、S1l页岩、O3灰岩、O1-2q灰岩、O1hs页岩、∈4l灰岩-白云岩及断层8个分组。网格单元346753个，采用Mohr-Coulomb屈服准则，边界为位移约束。暴雨工况下覆盖层重度由19.60增至20.50 kN/m3，内摩擦角由21°降至19°，各岩层强度折减约10%。
三、数值模拟结果分析
（一）天然工况
1.应力场分布特征
天然状态下，滑坡应力场受重力与地形控制，分布相对均匀；在岩性差异显著、结构面及地形凸起部位出现应力集中。最大主应力为压应力，近坡表方向与坡面平行，随高程降低转为水平，应力值随之增大，坡体后缘底界达14.87 MPa。最小主应力分布类似，随埋深增大，近坡表与坡面平行，压应力最大值2.97MPa。近坡表处应力减小、方向偏转，局部转为拉应力，坡表凸起部位拉应力最大达0.42 MPa。
2.位移场分布特征
天然状态下，斜坡位移集中于坡体中部冲沟左侧，最大位移0.58 m，与现场变形区位置一致。变形区垂直深度较浅，主要为浅表第四系覆盖层变形。
（二）暴雨工况
暴雨工况下，主应力分布与天然状态基本一致，重力与地形为主控因素，岩性突变、断层及地形凸起处出现应力集中。最大主应力为压应力，随埋深增大，坡体后缘底界达15.49MPa；最小主应力分布类似，压应力最大值3.26MPa，近坡表应力减小、方向偏移，局部转为拉应力，坡表凸起部位拉应力集中带最大达0.405 MPa。位移场分布与天然状态有所差异且位移值增大。位移较大区域与天然状态相同，集中于坡体中部冲沟左侧，大于天然状态的0.58 m；此外，斜坡左边界中部凸起部位也发生变形，变形区垂直深度较浅，主要为浅表第四系覆盖层变形。
四、结论
天然工况（0.908）与暴雨工况（0.809）下，滑坡稳定性系数均低于1，处于不稳定状态。变形区主要集中于坡体中部冲沟左侧，最大合位移分别为0.58 m和0.72 m，以沿斜坡走向滑移为主，伴有向冲沟的侧向变形；暴雨下左边界中部凸起部位亦产生0.2 m位移，方向与坡向一致。研究表明，其稳定性受地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨及人类工程活动共同制约。
参考文献：
[1]张倬元,王士天,王兰生,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2016.
[2]刘洪华,张兰阁,贺可强,等.降雨型滑坡增载弱化复合动力效应及稳定性评价方法研究[J].广西大学学报(自然科学版),2020,45(05):1015-1022.
基金项目：国家自然科学基金项目资助（41272333）；四川省交通运输科技项目（2021-ZL-03）。
作者彭社琴系本文通讯作者
作者单位：成都理工大学
关键词：滑坡；稳定性；降雨；数值模拟
我国滑坡灾害频发，自1980年以来平均每年都有重大的滑坡地质灾害产生[1]。据统计，中国因极端降雨诱发的山体滑坡占其总量的50％[2]。在全球范围内，山地滑坡作为一类典型地质灾害，其危害程度尤为显著。从综合影响程度考量，该灾害的严重程度仅次于地震与火山活动，共同构成全球三大主要地质灾害。本文以四川某滑坡为例，采用Rhino 6.0与FLAC 3D建立三维模型，分析天然与暴雨工况下的应力、位移及稳定性系数，为滑坡治理提供依据。
一、工程地质条件
滑坡位于四川省西南部金沙江北岸，属构造侵蚀高山峡谷地貌。坡体呈“缓—陡—缓”形态，上部坡度11°，中部15~20°，下部30~35°。地层主要为第四系堆积层（碎石土、角砾土）与奥陶系灰岩、页岩，坡体发育断层。无稳定地下水，降雨为主要水源。
二、三维模型的建立与参数选取
模型尺寸1390 m（X）×680 m（Y）×700 m（Z），包含第四系覆盖层、S1h灰岩、S1l页岩、O3灰岩、O1-2q灰岩、O1hs页岩、∈4l灰岩-白云岩及断层8个分组。网格单元346753个，采用Mohr-Coulomb屈服准则，边界为位移约束。暴雨工况下覆盖层重度由19.60增至20.50 kN/m3，内摩擦角由21°降至19°，各岩层强度折减约10%。
三、数值模拟结果分析
（一）天然工况
1.应力场分布特征
天然状态下，滑坡应力场受重力与地形控制，分布相对均匀；在岩性差异显著、结构面及地形凸起部位出现应力集中。最大主应力为压应力，近坡表方向与坡面平行，随高程降低转为水平，应力值随之增大，坡体后缘底界达14.87 MPa。最小主应力分布类似，随埋深增大，近坡表与坡面平行，压应力最大值2.97MPa。近坡表处应力减小、方向偏转，局部转为拉应力，坡表凸起部位拉应力最大达0.42 MPa。
2.位移场分布特征
天然状态下，斜坡位移集中于坡体中部冲沟左侧，最大位移0.58 m，与现场变形区位置一致。变形区垂直深度较浅，主要为浅表第四系覆盖层变形。
（二）暴雨工况
暴雨工况下，主应力分布与天然状态基本一致，重力与地形为主控因素，岩性突变、断层及地形凸起处出现应力集中。最大主应力为压应力，随埋深增大，坡体后缘底界达15.49MPa；最小主应力分布类似，压应力最大值3.26MPa，近坡表应力减小、方向偏移，局部转为拉应力，坡表凸起部位拉应力集中带最大达0.405 MPa。位移场分布与天然状态有所差异且位移值增大。位移较大区域与天然状态相同，集中于坡体中部冲沟左侧，大于天然状态的0.58 m；此外，斜坡左边界中部凸起部位也发生变形，变形区垂直深度较浅，主要为浅表第四系覆盖层变形。
四、结论
天然工况（0.908）与暴雨工况（0.809）下，滑坡稳定性系数均低于1，处于不稳定状态。变形区主要集中于坡体中部冲沟左侧，最大合位移分别为0.58 m和0.72 m，以沿斜坡走向滑移为主，伴有向冲沟的侧向变形；暴雨下左边界中部凸起部位亦产生0.2 m位移，方向与坡向一致。研究表明，其稳定性受地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨及人类工程活动共同制约。
参考文献：
[1]张倬元,王士天,王兰生,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2016.
[2]刘洪华,张兰阁,贺可强,等.降雨型滑坡增载弱化复合动力效应及稳定性评价方法研究[J].广西大学学报(自然科学版),2020,45(05):1015-1022.
基金项目：国家自然科学基金项目资助（41272333）；四川省交通运输科技项目（2021-ZL-03）。
作者彭社琴系本文通讯作者
作者单位：成都理工大学