根据现场调查及勘探成果揭露，滑坡体内发育有四个次级滑体。因此，可以推测1号次级滑体目前处于不稳定状态，在暴雨和地震的作用下其稳定性将进一步恶化。主滑动体位于滑坡体的中后部，不受江水侵蚀的影响，且堆积体内未完全解体的强变形岩体成层性较好，堆积体较密实，坡体变形迹象并不显著，因此，主滑动体目前稳定性较好。......
2023-08-20
西部水电工程滑坡灾变演化模拟及控制技术
【摘要】：图4.3-7滑坡影响区岩体拉裂示意图4.3.3.2力学模型根据恢复斜坡演化前的地质模型，建立数值计算力学模型。时步为3000step时，表层岩层位移量持续增大，特别是被第一层节理切割的临空块体，最大位移值达到11m，且整个块体位移差较小，说明沿着层理面发生了整体滑动。
4.3.3.1 地质模型
为了验证上述斜坡变形演化过程的分析，以现在乱石岗6—6主剖面为依据，按照周围岸坡地形并结合该剖面的地形及坡体结构，对坡体演化前的地形进行了恢复。恢复剖面的范围，前缘至河谷中心线，后缘至山脊分水岭，整个地质模型的长度为552m。为了模拟斜坡的变形演化机制，初始地形设为后缘山脊分水岭的高程恢复到1186.00m，前缘河谷中心的高程恢复到1055.00m，初始的斜坡坡角约为15°，经历了累积33m的河谷下切后河谷中心线的高程变为1022.00m，从而通过此地形条件的改变来模拟斜坡在整个河谷下切过程中的演化变形过程。为了减少边界条件的影响，模型的底部向下延伸至高程1000.00m位置，则模型的最大高度为1186m。
4.3.3.2 力学模型
根据恢复斜坡演化前的地质模型，建立数值计算力学模型。数值分析采用3DEC程序，模拟过程仅考虑自重应力场按莫尔—库仑力学模型计算。边界条件采取左、右及底边三边垂直方向固定模式，建立的计算模型如图4.3-8所示。模型中岩层的厚度设置为6.4m，节理厚度设为4～6m，考虑实际情况，分别建立了在模型坡表中部及中前部建立三处节理。根据钻孔平洞和钻孔对结构面的统计，正常基岩主要发育有两组结构面即一组倾角为15°的层面及一组倾角为60°的节理面。因此模型主要考虑两组结构面，一组倾角为15°的层面，一组倾角为60°的节理面。计算时，模拟过程仅考虑自重应力场影响，按莫尔—库仑力学模型，结构面采用面接触的库仑滑移模型。建立斜坡初始概化模型如图4.3-8所示。
图4.3-8 斜坡初始概化模型
为了得到斜坡演化过程的中整体及各个部位的变形情况，在模型中布设了3列位移监测点来进行变形监测。每列监测点间距约450m，从距斜坡模型的后边界250m开始布设，最前一列距模型右边界250m，每列共布置3个监测点，从斜坡的表面开始垂直向下布设，间距约55～110m，共布设监测点9个。监测点的布设位置如图4.3-9所示。
图4.3-9 模型监测点布设位置图
4.3.3.3 参数选取
本次数值分析过程中采用了以下方法对岩体的物理力学特性参数进行简化处理：
（1）选取优势的结构面：由于本次模拟采用的是二维分析，因此选取了两组对岩体力学特性起主要作用的优势结构面，一组是岩体的层面；另一组为与层面近垂直发育的节理面。
（2）调整层面参数来对岩层进行归并，减小结构面的数量：本次数值模拟的斜坡规模较大，而实际调查测得的岩体层面及节理面的间距均在0.1～1m的范围。为减小结构面的数量简化计算，分别将岩体层面及节理面的间距调整为6.4m、4～8m。层理面的倾角取15°，节理面倾角与层理面呈60°。因此岩块的强度参数必须进行相应的弱化才能模拟相似到更加真实的地质条件。
（3）岩性的简化：由于发生岩层弯曲变形的变化主要由砂岩的岩性特征引起，因此将岩性简化为纯砂岩构造。
表4.3-1、表4.3-2为根据经验法、工程类比法以及反演分析等方法简化调整而得到的岩体物理力学参数。
表4.3-1 岩块参数选取表
表4.3-2 结构面参数选取表
4.3.3.4 斜坡整体变形演化过程分析
1.河谷第一次下切模拟结果分析
当河谷第一次下切后，坡脚出现45m陡立临空面，滑坡产生较大变形，并沿着层面产生临空面的滑移，沿着节理产生拉裂纹。位移主要出现在河谷下切后临空的岩层，最大值处位于边坡前缘，向坡后缘逐渐减小，最大位移值可达4.7m，斜坡在重力作用下开始滑移变形，前缘由于河谷下切，临空条件好，后缘由于中部节理的存在，并只产生较小的位移。斜坡倾倒变形的初期阶段，斜坡前缘的浅表层临空岩体开始向临空面滑移变形，向坡内和斜坡后部弯曲量逐渐减小；斜坡沿着节理面出现较为较明显的张裂缝，主要以微小的裂缝为主，坡体层面之间相互错动以变形为主，斜坡表面岩体有滑动的趋势如图4.3-10、图4.3-11所示。
图4.3-10 河谷第一次下切计算模型
图4.3-11 河谷第一次下切计算时步4000step
2.河谷第二次下切模拟结果分析
图4.3-12 河谷第二次下切计算模型
河谷第二次下切后（图4.3-12），前缘进一步向临空面滑移。时步为1000step时，表层岩层持续产生向临空面的较大位移，最大位移出现在表层岩层中，位移值为5m。同时较深层临空面岩层逐渐产生向临空面的位移，由坡表向坡内逐渐减小，且沿着岩层面发生滑动。浅层岩层由于节理的存在，在节理处发生了较大的错动。时步为3000step时，表层岩层位移量持续增大，特别是被第一层节理切割的临空块体，最大位移值达到11m，且整个块体位移差较小，说明沿着层理面发生了整体滑动。第一层节理与第二层节理间块体位移明显小于前缘位移，为4.4～5m。第二层节理与第三层节理间块体位移为2.0～3.0m，并与后缘岩体产生明显拉裂纹，块体发生错动。同时临空面岩层脱离母岩逐渐滑向河谷。计算时步为5000step时，较深层临空面岩层完全滑入河谷，位移由坡表向坡内逐渐减小，滑动面由于岩层作用呈现阶梯状。而浅层岩层由于受节理面的控制，发生分段滑移，并沿着节理面，块体发生错动，最大垂直位移10m。如图4.3-13～图4.3-15所示。
图4.3-13 河谷第二次下切计算时步1000step
4.3.3.5 位移变化规律分析
对预先设置的位移监测点进行数据统计处理，得到滑坡不同位置处的位移监测曲线如图4.3-16～图4.3-20所示。
图4.3-14 河谷第二次下切计算时步3000step
图4.3-15 河谷第二次下切计算时步6000step
图4.3-16 斜坡前缘JC1监测点位移曲线
图4.3-17 斜坡中前部JC2监测点位移曲线
图4.3-18 斜坡中部JC3监测点位移曲线
图4.3-19 斜坡中后部JC4监测点位移曲线
图4.3-20 斜坡后缘JC5监测点位移曲线
从斜坡的整体位移云图及监测点的位移监测情况可以发现：由图4.3-16～图4.3-20可以得出斜坡在竖直方向的位移规律，斜坡的变形表现为浅表部变形大，往深部发展逐渐减小，且斜坡中后部的变形比前部的变形量和变形深度都小。由图4.4-16在斜坡前缘表面的位移最大约18m，然后滑入河谷，冲到河对岸，故位移稳定，且变形深度达到30～40m。滑坡中部在第一次河谷下切后，变形量非常小，约0.1m，第二次下切后中部位移增大，一段时间后，中后部、后缘开始产生位移，变形量向后缘逐渐减小，但差值并不大，说明第三层节理至后缘的岩体变形较小，变形模式为整体滑移，浅层岩层位移大于深层岩层。整体上也呈往深部发展变形逐渐减小的趋势，斜坡在中下部的变形量及变形范围也明显更大，虽然斜坡的中后部相对中前部变形规模较小，但仍然呈现着滑移变形趋势。
4.3.3.6 斜坡破坏过程总结
坡体在浅表部一定深度范围内发生了显著的滑移变形，中部岩体拉裂破碎，出现贯通滑面，变形体与基岩基本脱离，前缘岩体滑塌至江中，一部分坡体物质则会残留于坡体形成残坡积层。而深部变形量较小的岩体完整性仍然较好，不会发生滑移，同时前缘变形范围大，层间错动大，自重应力的作用下，滑移面呈阶梯状，中前部由于节理的作用发生块体之间的错动，并在自重应力作用下产生拉裂纹。随着滑移-拉裂变形的进一步发展，边坡应力进一步调整，坡体前缘岩板与母岩脱离，滑坡发生整体破坏。
整体上也呈往深部发展变形逐渐减小的趋势，斜坡在中后部的变形量及变形范围也明显更小，随着临空面位置岩体的不断被侵蚀解体，河谷不断下切，斜坡上的物质逐级沿着斜坡开始向临空面滑移，而由于斜坡节理较多，斜坡中前部的变形量及变形范围更大。
通过现场地质分析及数值模拟手段揭示了该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下发生整体滑移变形，使岩层沿着岩层面向临空方向滑动，导致坡体沿着节理面开裂，块体产生层间错动，并滑向河谷。在外营力的不断作用下，浅表岩体后缘沿着节理面产生拉裂纹，并逐渐贯穿岩层，发生整体滑移，一部分岩层物质解体滑塌至江中；一部分坡体物质则残留于坡体形成残坡积层。而深部弯曲变形量较小的岩体完整性仍然较好，不会发生破坏。但随着河谷下切作用的不断加强，之前处于深部的微变形岩体开始接受更大的指向临空面的剪切应力及外营力的作用，从而形成新的滑移变形体，同时中后缘产生临空面，导致中后缘逐渐发生垮塌、整体滑移，该类斜坡的则沿着上述演化机制不断的演变。
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