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西部水电工程滑坡稳定性分析模拟及控制技术

2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】：通过对滑坡的最大主应力及最大剪应力的分析，表明在边坡表层，土体的最大主应力量值较小。在滑坡内部，其最大主应力分布受滑带的影响，其最大值出现在滑带的底部剪出口附近。

为尽可能准确、真实地分析金厂坝滑坡在正常蓄水工况下过程中的应力场、变形场的变化情况，进而准确地对滑坡稳定性情况作出判断，从量值上去分析变形体的变形及应力状态很有必要，本阶段采用FLAC3D数值分析软件对金厂坝滑坡进行应力、应变数值分析。

5.3.2.1　地质模型

金厂坝滑坡在正常蓄水位1330m时的地质模型如图5.3-2所示，根据勘查及测绘成果，边坡的主要地层材料及分布位置：①块碎石土；②钙化物（溶塌角砾岩），主要分布于变形体下部；③河流冲积物分布于河谷；④变形体边坡基岩由灰岩及玄武岩构成。此外，滑坡滑带土由砾石土构成。

图5.3-2　金厂坝滑坡地质模型

5.3.2.2　数学模型和计算工况

本次数值计算模型主要根据金厂坝滑坡1—1剖面建立的二维有限元计算模型，建立的模型如图5.3-3所示。

图5.3-3　正常蓄水位1330m计算模型

由于河谷岩体在新近地质时期持续处于应力卸荷松弛状态，区域构造应力量级水平较低，岩体变形主要为受重力场作用而产生的浅表层改造，因而计算时不考虑区域构造应力的作用，即本次计算模型仅考虑重力场。为了重点反映滑坡变形体在重力场下所产生的变形及应力特征，模型边界未施加构造应力，边界为Y方向约束，水平为X方向约束，底边界为Z方向约束。材料破坏准则采用摩尔库伦破坏准则，边坡表面为自由面。

计算模型由21048个节点和10270个单元组成

针对金厂坝滑坡的数值计算的目的在于分析滑坡变形体在正常蓄水位以及暴雨条件下的应力及变形特征，其主要工况包含两种：①正常蓄水位1330m工况；②1330水位线+暴雨工况。

5.3.2.3　计算成果分析

通过数值计算滑坡应力分布特征的目的在于分析滑坡应力分布规律，更好地分析滑坡的破坏模式及状态，针对滑坡的数值计算结果及分析如下。

（1）剪应变增量云图。如图5.3-4和图5.3-5所示为滑坡的剪应变增量云图与不平衡曲线图，计算结果显示：边坡应力状态主要受重力场控制，总体上呈垂直—陡倾作用；滑带土最大剪切应变量值的分布规律显示，滑坡易沿着已有滑面产生滑动，此外，位于前缘第一次滑动的滑带土所承受的剪应变大于位于中后缘的滑带土周边的最大剪应变。

图5.3-4　天然工况下剪应变增量云图

图5.3-5　暴雨工况下剪应变增量云图

受蓄水影响，位于前缘滑带的最大剪切应变有所增加，整体上前缘滑带的剪应变增量值高于滑带的中后缘。相较于天然工况，暴雨工况下滑坡的剪应变增量值如右图所示，同蓄水位1330.00m的剪切应变，在蓄水为1330.00m+暴雨工况条件下滑坡的最大剪应变总体上呈低量值分布，在边坡浅表层，滑坡体的最大剪应变受暴雨的影响在量值上有所增加，最大值达到了1.9×10-2。

天然工况下，最大不平衡力曲线收敛，说明滑体在天然工况下处于稳定状态，稳定性系数为1.13；暴雨工况下，最大不平衡力曲线收敛，说明滑体在暴雨工况下处于稳定状态，稳定性系数为1.02。

（2）滑坡的位移特征。通过分析计算模型的位移云图来分析滑坡的位移特征，如图5.3-6和图5.3-7所示。计算结果显示，前缘的变形主要受第一次滑坡滑面的影响，而对于滑坡后缘，变形主要分布于浅表，而暴雨对滑坡变形有一定影响。在滑坡内部、滑带及滑带周边，岩土体的位移受控于滑带的影响显著。

此外，两种工况下，位于滑坡前缘的滑体位移变形量明显大于滑坡后部的滑坡体变形，表明金厂坝滑坡的前缘位移量变形大于后缘，这与滑坡的应力分布特征是一致的，与现场调查结果也基本一致。

图5.3-6　天然工况下滑坡位移云图

图5.3-7　暴雨工况下滑坡位移云图

5.3.2.4　数值分析主要结论

（1）滑坡应力状态主要受重力场控制，总体上呈垂直—陡倾作用；边坡浅表层最大主应力方向近平行于坡面；在滑带及附近，主应力方向的偏转受滑面的控制，在边坡中上部与最大主应力呈小角度相交，而且在边坡底部主应力方向与滑面近平行。

（2）通过对滑坡的最大主应力及最大剪应力的分析，表明在边坡表层，土体的最大主应力量值较小。在滑坡内部，其最大主应力分布受滑带的影响，其最大值出现在滑带的底部剪出口附近。从最大主应力分布云图上看，总体上滑带前缘的主应力在量值上要高于中后缘。

（3）最大剪切应变计算结果显示，滑坡上其值总体上呈低量值分布，并主要分布于覆盖层上。此外，滑带土周边土体的最大剪应变显著大于周边岩土体。滑带上岩土体的最大剪切应变量值的分布规律显示，滑坡易沿着已有滑面产生滑动；且位于钙化物部位的滑面所承受的剪应变大于位于滑坡中上部的滑带及周边岩土体的最大剪应变。

（4）位移矢量计算结果显示，滑坡的变形主要受重力场控制，在边坡浅表层，受边坡地形条件的影响，边坡前缘位移矢量朝着平行坡面的方向旋转，表明水平运动趋势呈增加趋势，而对于滑坡后缘，其位移矢量呈竖直方向特征，以垂直变形为主。在滑坡内部，滑带及滑带周边，岩土体的位移矢量方向受控于滑带的影响显著，体现为滑带及滑带土附近的岩体位移矢量方向明显偏转，呈近平行于滑面。

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