（岩土工程专业论文）四川美姑县城南滑坡稳定性及防治方案研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 滑坡是一种多发性的地质灾害，在全球范围内分布广泛，危害极为严重。它 不仅给人民生命安全带来了威胁，而且对财产、环境、资源等具有破坏性。我国 是一个滑坡灾害多发的国家，因此加强滑坡灾害的研究和防治减灾工作迫在眉 睫。 四川美姑县城座落在一个巨大的古堆积体上，近年来县城南侧局部发生了变 形滑移，威胁着附近居民安全和道路的畅通。本文在综合现场详细地质测绘、勘 探、变形监测资料和前人研究成果基础上，对美姑县城古滑坡堆积体特征、成因 及机理作了详细分析。从其生成的地质环境和变形特征分析入手，将滑坡分为浅 层、中层、深层三部分，论述了滑坡形成的内在因素。同时，利用极限平衡分析 方法与计算机三维数值仿真模拟方法重点对城南变形滑动部分的稳定性进行了 深入研究，并对城南滑坡的发展趋势进行了预测。得到以下主要研究成果： ( 1 ) 通过对地质勘探资料和现场勘察结果分析，美姑县城南滑坡是美姑县 城古滑坡堆积体局部复活并受降雨的影响发生蠕滑变形，滑面尚未完全贯通，并 有多个蠕滑变形带( 面) ；目前滑坡体处于复活蠕滑过程中，若遇强降雨或长期 降雨过程，该滑坡会产生加速蠕滑，形成贯通的滑带( 面) 而产生速滑，导致更 大规模的古滑坡堆积体滑动。 ( 2 ) 应用f l a c 却程序进行数值模拟分析，结果表明，天然状态下美姑县城南 滑坡整体目前处于蠕滑状态，滑体内局部出现失稳现象，变形主要位于浅层滑体 之中，潜在深层滑面未见变形。将计算成果对比美姑县城南滑坡实地考察和地质 分析可知，其分析成果是基本一致的，表明美姑县城南滑坡的计算模型、参数取 值是合理的。 ( 3 ) 通过美姑县城南滑坡防治方案比选，本文针对该滑坡特点提出了采用 “设置排水系统+ 削方减重+ 设置抗滑桩”治理的有效措施。该方案的实施，大 大提高了浅层滑体的稳定性，同时对滑坡的整体稳定性也是有利的，能对滑坡整 治达到一定的效果。 ( 4 ) 将滑坡监测数据分析结果与数值模拟分析结果相对比，结果表明其分 析成果是基本吻合的，且滑动面位置与采用地质资料分析章节中反映的位置也是 完全一致，证明数值模拟分析与地质分析结果是可行的，比较符合工程实际。 关键词滑坡；形成机理分析；数值模拟法；工程治理：监测分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t l a n d s l i d ei sam a j o rm u l t i p l eg e o g r a p h i c a lh a z a r d ，w h i c hs p r e a d sa l lo v e rt h e w o r l da n dd o e sag r e a td a m a g e i tn o to n l yd a m a g e sh u m a n sl i f eb u ta l s od o e s d e s t r u c t i v e n e s st op e o p l e sp r o p e r t y 、e n v i r o n m e n ta n dr e s o u r c 翘j l a n d s l i d eh a p p e n sa 1 0 ti no u rc o u n t r ya n dw i l la u g m e n ti na l o n gt i m e s oi ti se m e r g e n c yt oe n h a n c et h e s t u d yo f l a n d s l i d eh a z a r da n dw o r ko f p r e v e n t i o na n dc u r e t h ec o u n t yo fs i c h u a nm i g ui sl o c a t e di nag i g a n t i ca n c i e n ta c c u m u l a t i o n a s f o rp a r to ft h es o u t hc o u n t yd e f o r m e da n dg l i d e d , i tt h r e a t st h es a f e t yo fn e a r b y i n h a b i t a n t sa n db l o c k st h ew a y t h ee s s a yi sb a s e do nt h ed e t a i l e dg e o g r a p h i c a l m a p p i n ga n dp r o v i n gl o c u si nq u o 、d e f o r m a t i o nm o n i t o r i n gn u m e r i c a ld a t a a n d p r e r e s e a r c hr e s u l ta n da n a l y s e dt h ec h a r a c t e ro fm e i g uc o u n t ya n c i e n tl a n d s l i d e a c c u m u l a t i o n 、c a u s ea n dm e c h a n i s mi nd e t a i l i tb e g i n sw i t ht h eg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n t - p o i e t i ca n dd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r w ed i v i d e dt h es l o p ei n t o s u p e r f i c i a ll a y e r 、m i d d l el a y e r 、d e e pl a y e ra n dd i s c u s s e d t h ei n n e rf a c t o r so fs l o p ef o r m a t i o n m e a n w h i l e ，t h ee s s a yu s e dt h em e t h o do fl i m i t e q u i l i b r i u ma s s a ya n d3 dn u m e r i c a lv a l u es i m u l a t i o na n a l o g yp r o c e d u r et od o p r o f o u n dr e s e a r c ht ot h es t a b i l i t yo fd e f o r m a t i o na n ds l i d eo f t h es o u t hp a r t w ep r e d i c t t h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo ft h es o u t hs l i d ea n do b t a i nt h ef o l l o w i n gm a j o rr e s e a r c h r e s u l t ： ( 1 ) t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h eg e o g r a p h i c a le x p l o r a t i o nd a t aa n dl o c u si nq u o i n v e s t i g a t i o nr e s u l g w ek n o wt h a tm e i g us o u t hs l i d ei sp a r to ft h er e j u v e n a t i o no f m e i g ua n c i e n ts l i d ea c c u m u l a t i o nw h i c hc r e e pa n dd e f o r mu n d e rt h ee f f e c to ft h e r a i n f a l l ，a n dt h es l i pp l a n ei sn o tc o m p l e t e l yh o l i n g - t h r o u g h , a c c o m p a n y i n gs e v e r a l c r e e pa n dd e f o r m a t i o nb e l t ( p l a n e ) ；n o wt h el a n d s l i d em a s si su n d e rt h ep r o c e s so f r e j u v e n a t i o na n dc r e e p ，w h i c hw i l lc r e e pf a s t ，f o r mh o l i n g t h r o u g hs l i d eb e l t ( p l a n e ) a n db r i n ga b o u ts l i d ef a s t ，l e a d i n gt ol a r g e s c a l ea n c i e n tl a n d s l i d ea c c u m u l a t i o ns l i d e w h e nm e e ts t r o n gr a i n f a l lo rl o n gt e r mr a i n f a l l ( 2 ) t ou t i l i z et h ef l a c p r o g r a mt op e r f o r mn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , i ti n d i c a t e s t h a tn o wt h ee n t i r e t yo fm e i g uc o u n t ys o u t hl a n d s l i d ei si nt h ec r e e pa n ds l i d es t a t ei n n a t u r a lc o n d i t i o n , p a r to ft h es l i d i n gm a s ss h o wd e s t a b i l i z i n g t h ed e f o r m a t i o ni s m a i n l yl o c a t e di ns u p e r f i c i a ls l i d i n gm a s sw h i l et h e r ei sn od e f o r m a t i o ni nl a t e n td e e p 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 l a y e rs l i pp l a n e w h i l ec a l c u l a t et h er e s u l tt oc o m p a r et h eo nt h es p o ti n v e s t i g a t i o n w i m g e o g r a p h i c a la n a l y s e sw ek n o wt h a tt h ea n a l y s i sr e s u l ti sp r i m a r i l yc o n c o r d a n t , w h i c hi n d i c a t e st h a tt h ec a l c u l a t i o nm o d e la n dp a r a m e t e rs e t t i n go fm e i g uc o u n t y s o u t hl a n d s l i d ei sr e a s o n a b l e ( 3 ) t h r o u g ht h es c h e m ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o no fp r e v e n ta n dc u r em e t h o do f m e i g uc o u n t ys o u t hl a n d s l i d e ，t h ee s s a ya i md i r e c t l ya tt h ef e a t u r eo ft h el a n d s l i d ea n d i n t r o d u c e de f f e c t i v em e a s u r eo f s e t u pd r a i n a g es y s t e m + p a r et h em a s sa n dr e l i e f w e i g h t + i n s t a l la n t i s l i d ep i l e t oc a r et h el a n d s l i d e t h ee n f o r c e m e n to ft h es c h e m e d r a m a t i c a l l yr a i s e st h es t a b i l i t yo ft h es u p e r f i c i a ll a y e rs l i d i n gm a s s ，d o e sb e n e f i t st o t h ee n t i r es t a b i l i t yo fl a n d s l i d ea n dc u r el a n d s l i d ei nac e r t a i nd e g r e e ( 4 ) t ot a k ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h el a n d s l i d em o n i t o r i n gd a t aa n a l y s i sr e s u l t a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i sr e s u l t , i ti n d i c a t e st h a tt h ea n a l y s i sr e s u l ti s p r i m a r i l yc o n c o r d a n t ，a l s ot h el o c a t i o no fs l i ps u r f a c ei sc o m p l e t e l yc o n c o r d a n tw i t h t h el o c a t i o nt h a ti sr e f l e c t e di nt h eg e o g r a p h i c a ld a t aa n a l y s i sc h a p t e r , w h i c hp r o v e s t h a tn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i sa n dg e o g r a p h i c a la n a l y s i si sf e a s i b l ea n di sb a s i c a l l y f i tf o re n g i n e e r i n gp r a c t i c e k e y w o r d sl a n d s l i d e ；s l i d em e c h a n i s ma n a l y s i s ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；e n g i n e e r i n g m a n a g e m e n t ；m o n i t o r i n ga n a l y s i s 二o o 八年三月 西南交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：绛审南、 日期：扮g 年岁月刁日 西南交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名：牟南幻 指导教师签名： 日期：沙弼年岁月17 日日期妒舞月日 f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章前言 1 1 课题背景及研究意义 滑坡是一种多发性的地质灾害，在全球范围内分布广泛，危害极为严重。 它不仅给人民生命安全带来了威胁，而且对财产、环境、资源等具有破坏性 n 1 。我国是一个滑坡灾害多发的国家。据记载，1 9 3 3 年8 月2 5 日四川茂汶县 迭溪地震时，发生一巨型高速滑坡，将迭溪镇城从1 0 0 米高的台地上滑入江 中，百里之内皆受重灾，死难者达8 8 0 0 人；1 9 6 5 年1 1 月2 2 日，云南禄劝 县老深多发生崩塌性滑坡，埋没4 个村庄，死亡4 4 0 余人，毁地1 0 0 0 多亩。 近十多年发生的大型滑坡灾害也很多，这些滑坡都给工农业生产和人们的生 命财产造成严重的损失晗3 。总之，我国的滑坡灾害十分严重，因此加强滑坡 灾害的研究和防治减灾工作迫在眉睫。通过滑坡机理认识研究，完善边坡稳 定分析理论和方法，开发滑坡治理技术，逐步达到治理和控制滑坡，对滑坡 稳定性进行评价和预测，以达到工程的经济性，同时也使得人身财产安全性 得到保证，则成为一个重要的课题。 美姑县是四川省凉山彝族自治州一个以彝族为主的少数民族贫困县。县 城坐落在美姑县巴普镇，距离州府西昌市1 7 1 公里，是全县政治、经济、文 化、商业的中心，常住非农业人口6 4 6 4 人。 近年来，在滑坡前缘斜穿过的拉莫色德沟的冲刷、降雨和城市生活废水 的浸泡、人类工程活动等原因影响下，美姑县城南滑坡开始复活，导致西昌 至美姑公路持续下沉，美姑县城连接州府的通道( 西昌一美姑公路) 面临中 断的危险，造成巨大的经济损失。因此，拟以“四川美姑县城南滑坡稳定性 分析与治理方案研究为题进行硕士学位论文研究。 该滑坡灾害是我国四川盆地类似滑坡的典型代表，通过对该滑坡的研究， 可以丰富及完善滑坡体的形成机制、演化发展趋势、抗滑桩的受力模式以及 结构内力计算模型式等问题的研究。因此，美姑县城南滑坡的整治研究不仅 是保障公路畅通的需要，而且通过对支挡结构的设计理论进行验证和深入研 究，不仅为治理工程结构设计的优化，降低工程造价，并且为其它类似支挡 结构的设计提供新的依据和方法，对已有的相关理论进行充实和完善等均具 有重要的意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外研究现状及尚需解决的问题 1 2 1 国内外研究现状 欧美国家多从土力学和土质学观点出发，研究滑坡地层的土力学性质， 稳定性计算方法和理论，以揭示滑坡的滑动机理从而提出相应的防治措施卜 晦。；前苏联则多偏重于地质基础的研究，强调滑坡的成因、分类、性质，也 研究稳定性计算方法和防治措施陋卜隅1 。随着世界经济的发展，各种规模宏大、 条件复杂的工程建设不断增多，由此引发的工程灾害也随之增加，特别是 1 9 5 9 年法国m a l p a s s e t 坝左岸坝肩岩体的崩溃及1 9 6 3 年意大利v a j o n t 坝上 游左岸的库岸滑坡等，使人们认识到对滑坡体破坏的力学机理研究不足，从 而促进了滑坡体稳定性研究向前迈进了一大步，以弹塑性理论为基础和改进 的极限平衡法应用为主的多种方法应运而生。1 9 6 7 年人们第一次尝试用有限 元研究岸坡的稳定性问题，给定量评价滑坡体的稳定性创造条件，并使其逐 步过渡到数值方法，从而使滑坡体稳定性研究进入模式机制和作用过程研究 成为可能嘲。 我国对滑坡灾害的系统研究和治理起步较晚，直到5 0 年代初才开始，但 随着边坡工程的实践与发展，滑坡稳定性分析的原理与方法也获得了不断改 进丰富和发展。近年来，边坡稳定性研究和应用得到了一定的进展，如1 9 5 8 年出版宝成铁路技术总结路基设计与塌方滑坡处理，1 9 6 2 年出版铁路路 基设计手册滑坡地区路基设计，1 9 7 1 年铁道部科学研究院西北研究所编 写了滑坡防治一书，从1 9 7 6 年到目前为止，我国出版了滑坡会议论文集 滑坡文集十六集，它的目的是交流我国各部门滑坡防治研究成果和防治 工程经验。同时，非线性科学理论、非连续介质理论、可靠性分析理论以及 计算机技术的发展，为边坡稳定性问题的研究提供了新的途径和方法，多学 科、多专业的交叉渗透研究已成为边坡研究的发展方向 1 0 - 1 4 。可靠性分析理 论、模糊数学、块体理论、灰色系统理论、神经网络理论、分形理论、突变 理论、自组织理论以及各种复杂的数值计算方法广泛地应用于滑坡治理工程 中。 、 ( 1 ) 滑坡形成机制研究现状 我国滑坡治理先驱徐邦栋于2 0 世纪5 0 年代提出：斜坡上岩土在重力为 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 主的作用下，由于种种原因改变坡体内一定部位的软弱带( 或面) 中应力状 态，或因水或其他物理、化学作用降低其强度，以及因震动或其他作用破坏 其结构，该软弱带在应力大于强度下产生剪切破坏，软弱带以上的岩土失稳 而作整体或分块向下和向前滑动之现象称之滑坡n 钔。对滑坡形成机制的分析 研究，一直以来备受工程技术人员的关注，一般的研究方法是通过对地质现 象的观察和分析，研究边坡在一定地质环境条件下随时间推移产生时效变形 的过程和伴随这一过程岩土体内部的破坏特征以及可能产生的变形失稳模式 n 明叫埔3 。有关滑坡形成机制研究一直都是各国学者多年来致力研究的重要课题 一【1 9 龆，l0 ( 2 ) 滑坡稳定性评价理论及方法研究现状 滑坡岩土类型与结构特征等内在因素，是影响滑坡稳定的根本因素，它 们决定了滑坡变形失稳的模式和规模，对滑坡稳定起关键性的控制作用。土 质滑坡的稳定性主要取决于坡体组成材料的强度，岩质类滑坡的稳定性则更 多地受到结构面及其组合的控制。因此，分析滑坡的稳定性离不开强度指标 与破坏准则，定量评价必须遵循相应的失稳判据。 滑坡工程的分析评价从纯经验判断开始，到逐步借助一定的量化分析手 段作为重要的辅助参考，依据稳定性分析与定量计算成果进行评价和支护设 计，目前己成为各行业、各工程所普遍采用的方法乜引。滑坡失稳在力学上主 要是一个强度问题，这时计算上可简化为一个静力平衡问题和一个岩土屈服 条件，其解可满足工程的要求口劓。 滑坡稳定性评价方法包括定性分析与定量评价两大部分，一般以定性分 析评价为基础、视需要及滑坡重要程度开展定量分析评价。 定性及半定量分析瞵， 在大量收集滑坡及所在地区地质资料的基础上，综合考虑影响滑坡稳定 的主要因素、可能的变形破坏方式及破坏失稳的力学机制等的分析，通过工 程地质类比或图解分析等方法，对滑坡的稳定状况和发展趋势作出估计和预 测。其中常用的分析方法主要有以下几种： 1 ) 自然成因机制分析。根据边坡发育的地质环境、滑坡形成过程中的 各种破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等进行综合分析，推断滑坡演 变的过程，对滑坡稳定性的总体状况、趋势、变形破坏结果和区域性特征作 出评价和预测。其成果同时也是滑坡稳定性分析计算的一个重要基础。 2 ) 相似工程经验类比。借鉴已建、在建工程的实践经验，即利用已有 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 工程滑坡的研究经验，尤其是相似的已发生变形破坏的工程滑坡，按相似性 类比应用于所要研究滑坡的稳定性分析。该方法受其区域局限性，在边坡工 程中更多地适用于对同一地区边坡失稳潜在滑裂面的形状及最大可能失稳深 度与范围的判识。因此，该法仅适用于地质条件简单的中、小型滑坡，或供 地质宏观判断参考。 3 ) 图解分析。图解法主要适用于岩质滑坡体的稳定分析，并考虑了各种 因素如岩性、地下水、坡角等的变化，包括赤平极射投影、实体比例投影、 摩擦圆等方法。图解法可根据坡形与结构面发育特征和优势面产状，初步判 断滑坡的稳定性，但对于图解判定为不稳定的滑坡，需进一步进行计算加以 验证。 定量分析汹3 滑坡稳定性定量分析方法主要有极限平衡法、有限元法和概率分析法等， 其中极限平衡法因其物理力学概念清晰、操作简便而为工程界普遍采用与接 受，是传统而经典的定量分析方法。现分别简要介绍如下： 1 ) 刚体极限平衡法 将滑体视为刚性体，不考虑其自身变形，除楔形体破坏外，普遍简化为 平面问题，选取有代表性的单宽剖面进行力系平衡计算，滑坡岩土破坏遵从 摩尔一库仑准则，并认为当滑坡稳定系数f = 1 时，滑体处于临界状态。 基于极限平衡理论的各种计算模型中，对于土质类滑坡，以圆弧型、折 线型滑面段为主的算法在工程界基本没有过多的争议。目前，各工程采用的 计算方法、模型和程序从简单直线破裂迹线法、折线法、圆弧法、阶梯法到 二维和三维块体均有。平面刚体极限平衡法及其等效方法中，编制的关于瑞 典法、b i s h o p 法、m o r g e n s t e r n - - p r i c e 法、s p e n c e r 法、j a n b u 法、s a r m a 法及s t a b 、e m u 等计算分析程序在各行业、各工程中均有不同程度的应用。 2 ) 数值模拟分析 对于单纯滑动性质及边界条件简单的滑坡工程，采用刚体极限平衡分析 评价边坡的稳定性，即能获得相对满意的解答。但对于有限变形、崩塌及复 合失稳破坏模式，尚需采取数值模拟分析手段进行综合评价。 岩土数值模拟技术总体分为两类：a 、连续介质模拟，如有限元、边界元、 显式有限差分方法等；b 、非连续介质模拟，如块体理论、离散元、刚体弹簧 元、界面元、不连续变形分析方法等。 3 ) 概率分析法 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 概率分析法是将滑坡稳定问题视为一个随机过程，把计算参数、边坡体 形、地下水、岩体构造等影响稳定性的因素均视为随机变量，通过调查、试 验及分析求得各变量的函数分布，据此求得滑坡稳定状态的概率值。稳定程 度的出发点类似于极限平衡方法。同样地，由于边界条件的复杂性，目前仅 用于二维分析。该方法的优点是对影响安全系数的每个影响因子均根据各自 包含的不确定性予以适当考虑。 随着滑坡研究工作的不断发展与推进，分析方法日趋多样，除上述三种 主要分析方法外，各种用于不确定性、随机性分析的斜坡稳定性评价方法也 蓬勃发展起来，如神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色理论、敏感性分析 等均在不同工程中开始研究与应用。 ( 3 ) 、滑坡防治理论及方法研究现状啪卜啪1 目前国内外对滑坡稳定性采用的工程措施有很多，主要采取削坡减载、 支挡、反压、锚固以及护坡等。在滑坡治理工程中强调多措施综合治理的原 则，以加强滑坡的稳定性。 欧美国家从1 9 世纪中叶就开始了对滑坡灾害防治的研究，但是早期由于 人们对滑坡的性质和变化规律认识不深，对那些大、中型滑坡只能绕避，对 小型滑坡采取刷方减载、反压以及抗滑挡土墙进行治理，排水工程更是优先 考虑的措施。直到第二次世界大战后，随着各国经济的发展和国土资源的开 发利用，遇到的滑坡问题越来越多，用人为支挡工程治理大量滑坡才真正开 始。 国内对滑坡灾害的系统研究和治理是从5 0 年代开始的。我国滑坡处治主 要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片( 块) 石防护处 治等措施。但工程实践经验证明，采用以上方法仅能使滑坡暂时处于稳定状 态，如果外界条件发生改变，滑坡仍然可能失稳。 2 0 世纪6 0 年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成 功。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实， 由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、开挖断面小、施工体积小、 承载力大、施工速度快等优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范 围内迅速得到推广应用，并从2 0 世纪7 0 年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为 主、结合清方减载、地表排水的滑坡治理技术。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 2 2 目前相关研究尚需解决的问题 对于工程界而言，众多稳定性分析方法的发展趋势一方面逐渐走向完善、 精细和复杂化，另一方面缺乏配套的规范与指导性评判依据。因此，目前大 部分滑坡工程仍然基于极限平衡经典解，并仅针对滑动破坏机制进行分析计 算，而对于具有倾倒、崩塌、蠕滑变形破坏机制的崩滑体，仍缺乏成熟的分 析计算与评价方法口。 在滑坡治理工程中，抗滑桩作为一种支挡结构物广泛应用于滑坡及边坡 的治理工程中，但目前抗滑桩设计计算理论和计算方法还不成熟。传统设计 计算理论所采用的方法都没有全面分析桩一土相互作用的关系。如地基系数 法把土体对桩的作用等复杂因素通过温克尔假定，简化成单纯的地基反力作 用于桩上；而其它的几种塑性理论或极限理论，要么假定桩为刚性体，要么 假定桩一土体系达到极限平衡。所以，这些设计计算理论本质上都未彻底解 决桩一土相互作用力学机制的问题。 1 3 课题研究目标及主要研究内容 1 3 1 研究目标 以美姑县城南滑坡工程为依托，通过野外勘查和现场研究，对滑坡形成 的工程地质条件及影响滑坡稳定性的因素进行探讨、分析，通过极限平衡法 和数值分析法进行滑坡稳定及抗滑桩分析计算，并针对滑坡的治理提出切实 可行的综合处理方案和工程措施，为该滑坡的治理设计提供依据，同时将已 治理滑坡方法与待治理滑坡建立虚拟关系，为以后此类滑坡的治理提供借鉴 参考。 1 3 2 主要研究内容 本课题结合国内外的研究成果和工程实践经验，以美姑滑坡为例，对形 成滑坡的工程地质条件、滑坡稳定性及综合支护体系进行分析研究，主要的 研究内容包括以下几个方面： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 1 ) 对该滑坡区的地质环境条件如水文气象、地形地貌、地层岩性、岩土 体工程地质特性等进行详细的勘察分析； ( 2 ) 确定该滑坡体的基本特征，特别是滑动面及其形态特征，如滑动范围、 滑动面的位置、形状、空间展布、滑带土的性质，并在此基础上对滑坡变形 破坏模式、产生滑坡的原因及外部因素对滑坡的影响进行分析； ( 3 ) 用反算法对滑动面抗剪强度值进行反算，综合试验所得数据得出滑带 土的抗剪强度指标值，根据室内试验数据和反算法求得的滑动面抗剪强度， 运用刚体极限平衡法对滑坡稳定性进行分析和计算； ( 4 ) 采用数值模拟分析法对美姑县城南滑坡的形成机理进行分析、计算和 评价，并通过与滑坡现场监测结果进行对比，验证采用数值模拟分析法的可 行性； ( 5 ) 分析滑坡体结构一支挡结构相互作用机理，有针对性的对滑坡的治理 提出切实可行的综合处理方案和工程措施。 1 4 课题研究思路及技术路线与方法 1 4 1 研究思路 本课题主要分析美姑县城南滑坡形成机理及其结构组成，包括确定滑动 面形态特征、滑动范围、滑带土性质等，根据滑坡体力学性质、工程地质条 件及地下水位变化情况建立模型，对边坡稳定性进行定量分析，确定滑坡发 生的临界条件。用多种方法对滑坡稳定性进行分析、计算和评价，对滑坡体 的推力进行计算；根据滑坡的成因和影响滑坡稳定性的主要原因，有针对性 的对滑坡的治理提出切实可行的综合处理方案和工程措施；将分析的结果与 现场监测结果进行比较，及时修正模型再次修正及完善分析结果，并通过现 有资料进一步校正和完善该模拟分析的计算过程，得到数值模拟正确性的判 断，以便能够对类似滑坡的分析等提供合理的建议。 通过本课题的研究，拟解决以下主要问题： ( 1 ) 美姑县城南滑坡的区域工程地质条件； ( 2 ) 美姑县城南滑坡的变形滑动特征及其形成机理； ( 3 ) 美姑县城南滑坡的稳定性现状及剩余下滑力的确定； 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 ( 4 ) 美姑县城南滑坡合理的防治方案设计。 1 4 2 技术路线及方法 本课题依托美姑县城南滑坡工程，详细分析该滑坡形成机理，通过对滑 坡滑动面及其形态特征的分析，对产生滑坡的内部和外部因素进行分析。通 过刚体极限平衡分析法对滑坡的稳定性进行计算及评价。采用非线性有限元 软件f l a c 3 0 模拟滑坡的形成机理，分析滑坡有限元结果，验证采用该软件分 析滑坡稳定的可行性，并对滑坡剩余下滑力进行分析计算。通过方案对比， 对设计参数进行优化，以使结构更趋经济和安全。 本文大致分为两部分：第一部分，根据研究美姑县城南滑坡所处的工程 地质环境条件和滑坡的基本特征，对滑坡的成因机制进行分析；第二部分， 在第一部分的基础上，利用各种计算和分析方法对滑坡稳定性进行分析研究， 并提出一系列的防治方案。 本课题的技术路线见图1 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 滑坡治理方案设计 一 vv 治理方案 剩余下滑 抗滑桩的 优化分析推力计算 优化设计 v 滑坡监测一反馈设计 v 结论及建议 图1 - 1研究技术路线框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第2 章区域工程地质概况 2 1 位置及地形地貌概况 美姑县城坐落在美姑县巴普镇，距离州府西昌市1 7 1 公里，是全县政治、 经济、文化、商业的中心，常住非农业人口6 4 6 4 人。西( 昌) 一美( 姑) 公 路是该县去西昌的唯一便捷通道，该路段是保证州府西昌与美姑县城畅通的 咽喉要道，其交通位置如图2 1 所示。滑坡位于美姑县县城南侧县城入口处， 地理坐标：东经1 0 3 。7 7 4 2 ，北纬2 8 。1 7 7 1 8 ”。 图2 一l 美姑县城地理位置及交通图 研究区位于四川盆地西南边缘的中高山区。区内地势总体呈东南高， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 西北低的态势，全区山峦叠嶂，沟谷纵横，山高坡陡，冲沟发育。研究区内 主要水系为美姑河。美姑河整体由近南北向蜿蜒斜贯全区，至雷波县汇入金 沙江。美姑县城位于美姑河左岸谷坡台地上，城区沿台面呈北东一南西展布， 海拔高程在1 9 0 0 - , 2 0 0 0 m 。台地的后缘( 南东侧) 是黄茅埂山脉，呈北东一 南西走向，为背斜褶皱山，最高海拔高3 9 6 1 8 m ，前缘( 北西侧) 为美姑河 谷，切割深约2 0 0 0 m ，谷坡陡峻，呈宽“v 字型，沿河谷两岸分布堆积阶地， 由现代冲积物构成，表部松散。拉莫色德沟从南向北穿过台面，沟床坡度1 0 。 - - 2 0 。，两侧岸坡2 0 。 - , 4 0 。，谷底宽3 l o m ，沟谷深约l o o m 。美姑县 城的房屋及街道集中分布在沟的右岸台地上，其中县公安局、县中队、粮食 局、商业局、农贸市场等单位和居民的房屋、建筑紧靠沟谷谷顶台地边缘。 2 2 地层岩性及分布 滑坡区附近出露的基岩地层主要有三叠系雷口坡组和白果湾组沉积岩。 城区所在台面和山( 沟) 坡面覆盖有厚薄不一的第四系碎石土。研究区由老 至新各地层的岩性特征、厚度列于表2 1 。由下表分析可知，滑坡区内东川 组上部、铜街子组、嘉陵江组、白果湾组均含有粘土类软弱岩层，这是构成 斜坡变形破坏的物质基础。 表2 - 1 研究区地层岩性简表 厚度备 系统组代号岩性特征 ( m ) 注 第四系q 0 i 0 0 上统牛滚凼 j n 1 0 0 鲜红色泥岩、粉砂岩 由灰色含砾砂岩，岩屑砂岩、紫红色、绿灰 中统新村 j x 7 5 9 色粉砂岩、粘土岩组成。底部起伏不平，具 侏罗系 冲刷现象。 下部：灰绿色长石石英砂岩、粉砂岩、灰绿 下统益门j y 1 4 4 紫红色粘土岩。上部：紫红色粉砂岩、粘土 岩。 中下部由灰深灰色含砾砂岩、长石石英 假 4 5 0 砂岩、粉砂岩、粘土岩及煤线组成。底部以 叠 上统白果湾 t b 整 5 5 7 灰褐色石英质的砂砾岩与下伏雷口坡组呈 系合 平行不整合接触。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 1 0 6 由灰深灰色砾屑灰岩，灰岩、砂屑灰岩( 白 中统雷口坡 t 1 1 2 0 云岩) ，纹层状白云岩，膏盐角砾岩组成。 下部：灰深灰色砂屑灰岩、砂屑灰岩、 嘉陵江t j 1 3 0纹层状灰岩、粘土岩。上部：深灰色砂屑 灰岩、灰岩、粘土岩。 下 黄灰灰绿色白云质岩屑砂岩、粘土岩、 统 铜街子 t t1 2 1 8 泥灰岩组成。泥灰岩不稳定、呈透镜状。 2 2 0 下部：紫红色含砾砂岩、砂岩、粉砂岩及 东川 t d 含钙质粘土岩。上部：紫红色岩屑砂岩、 2 4 0 粉砂岩、粘土岩。 下部：杂色凝灰质砂岩、粉砂岩、粘土岩、假 宣威 p x1 7 7 4铁铝质粘土岩。上部：灰绿黄色粉砂岩、 整 上粘土岩。 厶 口 统 灰灰绿色熔结火山角砾岩、斑状、致密假 峨眉山 叠玄武岩 p e7 7 1 块状、杏仁状玄武岩及凝灰岩、熔结凝灰 整 岩。合 系 灰深灰色中厚层状粉微晶灰岩、生 下阳新 p y 3 1 7 物碎屑灰岩。中部含燧石条带及团块，上 统部见眼球状灰岩。 梁山p 18 黄灰色石英岩、灰色粘土岩及煤线。 2 3 地质构造特征 研究区大地构造位于扬子准地台( i ) 西南缘，上扬子台坳( i i ) 之凉 山陷褶束( ) 的美姑凹褶束( i v ) 中。 研究区内构造为褶皱发育，断裂次之，构造形迹可分为南北向，北东向 和北西向三组。其形成序次为南北向为第一序次构造，北西向构造为第二序 次构造，北东向为第三序次构造，该区的构造格架见图2 - 2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 曰国圉国圉国 舍 噬_ 鉴 噬蔷 疫洳枢啦鉴枞世噬监j丰拦恒娌啦搭帮取亲 1 掌尽机辔蹬在匠越悄哩霭厦母孺匠忸叮孺匠议嗣 噬苷一飞飞一 嚣嚣瑶厦、陛餐撂鍪r繇睬如槲睁霉u葵钆辛|蕊n凶篓扎格坩斟 噬蔷螋醒喽苷回叮 喽苷世审噬鉴世霉噬搭排缸噬 霭缸怕辎噻 1尊祉蛏缸扭 碡缸垂f精板 霭缸鼙账瓤 霭扯器塔筮 碡缸如* 忸 新 晕 霹精最0嗣叮1熊 囊椠饭_覃丌1馨警 露彝衄0霹餐删 霹棼眯皿 蠹署群斗0鼎嚣眯皿峰日摭 苯 酿 匝期窭峰黉鼙凶n山匝 暑量 竹 四_ i o 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 3 1 褶皱 研究区内分布的背斜及向斜及其简要特征见图2 - 2 。从图中可以看出， 研究区内褶皱迹线以南北向、北东向为主，北西向次之，并见复合现象。形 态上以斜歪箱式背斜和宽缓的向斜为特征，箱式背斜翼部转折线清楚，核部 宽0 1 - - 5 公里，两翼倾角4 0 - - - , 8 0 。，特征明显。在区域地质构造中黄果楼 背斜位于美姑县城东南方向，轴线延伸长9 5 k m ，轴向南东一北西向，核部 最老地层为p e ，核部宽0 1 - 一0 2 k m ，较平缓；两翼不对称，西北翼较东南翼 缓，转折处清楚，为一较紧密的箱状背斜，在地质上构成了有利于斜坡变形 破坏的地形条件。美姑县城区位于黄果楼背斜北西翼。 2 3 2 断层及其新活动性 研究区内分布的断层见图2 2 所示。从图中可以看出：研究区内断层规 模较小，多发育于背斜核部或靠近核部的东翼。断层以压压扭性为主，张 扭性次之，断层破碎带不发育。如南北向的尼普莫断层，其断面在纵深方向 呈舒缓的波状，断层破碎带不发育，偶见断层泥，其由主干断层所形成的次 级旁侧牵引褶皱极为发育，具明显的逆冲性质；北东向的打交觉断层，巴且 断层则具压扭性质，断面平直、光滑，由于发生顺时针错动，使地层错位， 错动距离达3 0 0 5 0 0 m ；北西向的吉普洛呷断层则具张扭性质，其断面呈锯 齿状，上盘下降，下盘上升。根据图2 2 分析可知，美姑县城区处于三河断 层中段南东盘。该断层为区域性断层，主要沿美姑河河谷呈北东向延伸，长 1 5 6 k m ，地貌上线形特征十分明显，断面较平直，倾向南东，倾角8 0 。断 层切割地层包括二叠系玄武岩一三叠系白果湾组，垂直断距8 0 m 。断层挤压 破碎带宽2 - - - - 4 m ，由断层角砾岩、碎裂岩组成。由此分析知滑坡区内无断层 带，滑坡区附近的断层带对斜坡的影响主要表现在滑坡区岩体受断层形成作 用力影响，内部纵张裂隙进一步向深部发展。 、 2 3 3 裂隙 受区域构造影响，滑坡区附近发育两条北东向断层带，使滑坡区岩体纵 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 张裂隙进一步向深部发展。滑坡区内节理裂隙具有明显的方向性，大致可分 为四组。 1 0 0 。l 7 6 。( 白果湾组砂岩) ，波状延伸，平直，密度每米3 5 条； 2 6 0 。l 7 8 。( 雷口坡组白云岩) ，裂面呈波状延伸，但面较平整，密 度每米3 , - - 5 条； 裂面产状1 8 0 。么6 8 。( 白果湾组砂岩) ，裂面平直，平稳延伸，密度 可达每米5 7 条； 3 6 0 。l 8 0 。( 雷口坡组白云岩) ，裂面平直，延伸稳定，密度可达每 米5 7 条。 第及第组节理倾向与斜坡走向接近，第及第组节理走向与斜坡 走向大角度相交，上述四组节理将岩层切割成块体，为斜坡深层滑动创造了 条件。 2 4 新构造活动和地震 研究区无第四系中更新世的沉积，仅在美姑河沿岸有少量的全新世的 河床堆积，地壳比较稳定。该区属中高山区，相对高差大，区内沟谷发育、 落差大，多瀑布跌水，很少保存河谷阶地，反映了新构造运动快速隆升的特 点。区内未发现有全新世以来的活动性断裂，根据2 0 0 1 年中国地震烈度区划 资料和建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 1 1 - - 2 0 0 1 ) ，勘查区内抗震设防烈度为 度，设计基本地震加速度值为0 1 9 。 2 5 水文地质概况 美姑县地区一带属高原性气候区，干湿季节分明，垂直变化显著，据县 气象站资料，美姑多年平均降水量为8 2 0 7 毫米，县城年均气温1 1 4 ，每 年5 - 1 0 月为雨季，1 1 月至昱年4 月为干季节，其中雨季降水量约为全年降 水量的9 1 ，既有暴雨，也有绵雨，历年日最大降水量为1 1 0 3 砌，时最大 降水量为3 6 3 m m 。年降雨集中在6 - 8 月，如此大的降雨强度为研究区泥石 流和滑坡的形成提供了触发因素。 研究区以黄茅埂为分水岭，北西属美姑河流域，南东属溜筒河流域。美 姑河是金沙江左岸的一级支流，