（地质工程专业论文）渭阳二级公路陈坡滑坡稳定性分析与评价.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 渭g b - - 级公路陈坡滑坡稳定性分析与评价 地质工程 贾美亭 唐亦川 摘要 ( 签名) ( 签名) 近年来，随着我国高速公路建设的迅猛发展，滑( 边) 坡地质灾害日益剧增，特 别是在地质条件复杂的山区修筑高速公路更容易产生滑坡灾害，为了对其进行有效控 制，保障高速公路安全运营，对滑( 边) 坡的稳定性做出正确评价成为滑坡研究中的 重要课题。 陈坡滑坡( 古滑坡复活体) 位于关中公路环线渭南界至阳郭段k 1 4 + 9 3 5 k 1 5 + 0 1 0 右侧，因路基填方及挖方弃土堆载，而引起古滑坡复活。滑坡复活体体积约8 2 1 0 4 m 3 ， 属中型土质滑坡，滑坡以第四系亚粘土及第三系粘土为主，滑带土由亚粘土组成，位 于地表以下6 2 7 6 m 处，是非常典型的公路沿线灾害。以该滑坡为例，对滑体( 带) 土 内摩擦角、粘聚力、重度和地下水位埋深等因素进行敏感度分析，运用极限平衡法、 s l o p e w 和f l a c 3 d 数值分析方法分别对滑坡进行稳定性分析，计算结果表明：敏 感度分析得出滑带土内摩擦角对滑坡稳定性最为敏感，地下水位埋深次之；极限平 衡法计算得出的滑坡稳定系数为0 9 9 ，s l o p e w 模块的b i s h o p 法得出的稳定系数为 1 0 5 1 ，f l a c 3 d 计算得出滑坡在天然状态下的稳定系数为1 0 3 ，当地下水位由5 5 m 上 升至3 0 m 时，稳定系数为0 9 7 ；采用数值分析方法f l a c 3 d 分别对滑坡在天然和遭 遇连续降雨两种工况下进行应力应变分析，并揭示滑坡的复活特征，归纳总结了古滑 坡复活机制。 研究所得结论不仅对陈坡滑坡的防治有一定的参考价值，而且对类似地区的滑坡 灾害治理具有借鉴意义。 关键词：陈坡滑坡；稳定性；s l o p e w ；f l a c 3 d 研究类型：应用研究 s u b j e c t：s t a b i l i t ya p p r a i s a lr e s e a r c ho fc h e np ol a n d s l i d ei n w e i y a n gs e c o n d a r yh i g h w a y s p e c i a l t y ：g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g n a m e：j i am e i r i n g i n s t r u c t o r ：t a n gy i c h u a n a b s t r a c t ( s i g n a t u ( s i g n a t u w i t ht h ec o n s t r u c t i o no fh i g h w a y s ，t h eg e o l o g i ch a z a r d so c c u rf r e q u e n t l y e s p e c i a l l yi nc o m p l e xg e o l o g i c a lr e g i o n s ，i ti sm o r el i a b l et oo c c u r r i n gs l o p ep r o b l e m s a r o u n db u i l d i n gh i g h w a y s t h e r e f o r e ，t h es l o p es t a b i l i t yo fh i g h w a y sw i l ld i r e c t l ya f f e c tt h e s a f e t yo ft h eh i g h w a yl i n ep e o p l e sl i f ea n dp r o p e r t i e s i t sa ni m p o r t a n tt a s kt oc o n f i r m r e l a t i o n sa m o n gt h ei n f l u e n c ef a c t o m ，0e v a l u a t et h es t a b i l i t y c h e n p ol a n d s l i d e ( t h er e v i v a lo fa n c i e n tl a n d s l i d e ) i sl o c a t e di nt h es e c t o ro fw e i n a n r o a dl i n kt og u o y a n g ，r i g h to fk 1 4 + 9 3 5 - k 1 5 + 0 1 0 ，a n c i e n tl a n d s l i d ew a sr e v i v e d b e c a u s eo fr o a d b e df i l l i n ga n dt h ed i s p o s a b l em o u n d t h ev o l u m eo fl a n d s l i d er e v i v a li s a b o u t8 2 1 0 4 m 3 , i t i sam e d i u m s i z e dl a n d s l i d e ，l a n d s l i d ei s m a i n l ya c c u m u l a t i o n f o l d e r - f o u r t ho fs e c o n d a r yc l a ya n df o l d e r - t h i r do fc l a y , i tc o m p o s e do fc l a ys o i lu n d e rt h e s u r f a c e6 2 7 6m d e e p i ti sv e r yt y p i c a lo fd i s a s t e ra l o n gt h er o a d t a k i n gt h i sl a n d s l i d e f o re x a m p l e ，t h ep a p e ra n a l y z e ds e n s i t i v i t yo ff r i c t i o na n g l e ，c o h e s i v ef o r c e ，a n ds e v e r e w a t e rt a b l ea n do t h e rf a c t o r st os l i d e i ta n a l y z e dt h es t a b i l i t yo fl a n d s l i d eb yu s i n gl i m i t b a l a n c e ，s l o p e wa n df l a c 3 dr e s p e c t i v e l y , t h er e s u l t ss h o wt h a t ：恤ef r i c t i o na n g l ei s t h em o s ts e n s i t i v et ot h el a n d s l i d et h r o u g hs e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，f o l l o w e db yu n d e r g r o u n d w a t e r ；售地ec o e f f i c i e n to fl a n d s l i d es t a b i l i t yi s0 9 9b yl i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ，t h e s t a b i l i t y f a c t o ri s1 0 51 b yu s i n gb i s h o pm e t h o do fs l o p e wm o d u l e ，1 0 3o nt h e c o n d i t i o no fw e i g h t ，w h e nt h ew a t e rl e v e lf r o m5 5 mt o3 o m ，o 9 7r e s p e c t i v e l yb yu s i n g f l a c 3 d ；t h ep a p e ra n a l y z e st h es t a b i l i t ya n dt h es t r e s s s t r a i no nt h ec o n d i t i o n so fw e i g h t a n dt o r r e n t i a lr a i nr e s p e c t i v e l yb yu s i n gn u m e r i c a la n a l y s i sm e t h o do ff l a c ，i tr e v e a l s t h er e s u r r e c t i o no fl a n d s l i d ef e a t u r e sa n ds u m m a r i z e st h er e v i v a lm e c h a n i s mo fa n c i e n t l a n d s l i d e t h ec o n c l u s i o n sw i l lh a v eac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u en o to n l yt oc h e n p ol a n d s l i d e p r e v e n t i o n ，b u ta l s ot ol a n d s l i d ed i s a s t e rm a n a g e m e n tf o r t h es i m i l a rr e g i o n k e y w o r d ：c h e n p o l a n d s l i d e s t a b i l i t y s l o p e w f l a c 3 d t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 妻料技丈学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：、敖妥哥 日期： o o o p 6 i 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权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。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 将本学位论文的全部或部分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。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：凌友亨 指导教师签名 吱 日 1 绪论 1 绪论 1 1 选题依据及研究意义 我国幅员辽阔，地质构造复杂，山地占国土面积的三分之二，这些地区地质构造 活动频繁，气象条件在时问、空间上的差异很大，这样的自然条件决定了我国是地质 灾害多发国家，且地质灾害种类多、分布广、危害大。全国崩塌、滑坡、泥石流数以 万计。已构成灾害并受到威胁的县( 市) 5 0 0 多个，2 0 多条铁路干线大约1 0 0 0 0 k m 线 路，数百个车站、桥梁和隧道，6 0 多个大型矿山和1 0 0 多个大型企业受灾或严重受灾， 山区公路普遍遭受不同程度危害，西南地区尤为严重。三峡库区、黄河上、中游与长 江沿岸数百座水库、水电工程遭到破坏。尽管滑坡的危害不像地震那样集中和激烈， 但是滑坡灾害分布广泛、发生频率高、影响时间长，而且有时会和地震相伴而生，因 此造成的危害是非常大的。如1 9 6 3 年意大利瓦依昂【l 】滑坡，在不到7 分钟的时间里， 造成了近2 0 0 0 人死亡，近5 个市镇被冲走，成为当今世界史上最大的水库事件。据 有关资料统计，近2 0 年内，造成百人以上伤亡的重大地质灾害事故在我国几乎年年 发生，最为严重的1 9 9 8 年，全国共发生滑坡、崩塌、泥石流及突发性地质灾害1 8 万 处，较大规模的有4 4 7 处，造成1 1 5 7 人遇难，1 万多人受伤，5 0 多万间房屋被毁， 经济损失达2 7 0 亿元人民币。 滑坡是一种山区铁路、公路建设中常见的不良地质现象，是一种斜坡破坏形式， 主要发生在山区丘陵的斜坡上。滑坡对于公路交通运输的危害主要表现为：破坏道路， 中断行车；桥梁墩台移位，隧道明洞被摧毁；行车事故频繁，人身伤亡严重；增大基 建投资，加大维修费用等 2 1 。 陈坡滑坡为一大型古滑坡，该滑坡在6 0 年代曾有活动，致使数十户人家搬迁。 2 0 0 6 年该滑坡又一次局部滑动。渭阳二级公路( k 1 4 + 9 3 5 k 15 + 0 10 ) 段从该滑坡中部 通过，在施工过程中由于路基填方和挖方弃土堆载，破坏了老滑坡体的力学平衡状态， 致使该滑坡局部复活，影响到该公路建成后公路工程的安全和正常运营。因此，对该 滑坡进行工程地质条件，稳定性等各方面深入、系统的研究显得十分重要，并有一定 的现实指导意义，同时可为今后类似的工程地质问题研究和工程处理提供有益的借 鉴。 西安科技大学硕士学位论文 1 2 滑坡稳定性研究 1 2 2 稳定性研究现状与发展趋势 关于滑坡研究，国内外学者从不同的学科出发，做过不少工作，特别是地质学家 和土力学家提出过不少假说和见解，根据滑坡的形成条件、应力因素、滑体结构、滑 带土特性等为依据，对滑坡进行勘测和防治，但这些都是静力学的观点和理论，没有 考虑到滑带土粘聚力、内摩擦角、岩土体容重、地下水的动态以及人类工程活动等因 素，这些因素受客观条件和人类认识自然能力的限制，取值具有不确定性，而且还存 在时间上的不稳定性，这时就需要综合运用数值模拟方法、极限平衡法和非确定性方 法( 概率分析方法) 等，来实现对滑坡稳定性的定量评价。 滑坡根据地层岩性大体可分为粘性土滑坡、黄土滑坡、堆填土滑坡、岩石滑坡、 破碎岩石滑坡和堆积土滑坡，其中粘性土滑坡是我国的主要地质灾害类型之一【3 j 。影 响滑坡稳定性的因素很多，地质条件、降雨、地形地貌、新构造运动和人类的工程活 动等等都是影响滑坡稳定性的主要因素。 陕西黄土滑坡分布极广，据不完全统计陕西已发生黄土滑坡1 1 3 1 处【帕】，且多以 粘性土滑坡为主，许多专家与学者都针对黄土滑坡做出了大量的研究。 近些年来，在分析滑坡稳定性影响因素方面，蔡永胜等【7 j ( 2 0 0 0 ) 在长江三峡库 区巴东县黄土坡滑坡稳定性分析及防滑措施中得出结论：在久遇暴雨的情况下，只有 防止大气降水和人类排水渗入地下，才能预防滑体大规模失稳，并根据黄土坡的地形 条件，提出若干改善滑坡体稳定性的工程措施。石豫川等瞵j ( 2 0 0 4 ) 在特大多期复合 型滑坡稳定性评价及影响因素敏感性分析一文中对西南某水电站库区一特大型、多期 复合型滑坡所处的工程环境条件、自身结构及物质组成特征等进行了认真调查和研 究，通过定性分析和定量评价，对滑坡整体及局部稳定性进行了综合评价，并根据实 际情况，对滑坡稳定性影响因素进行了敏感性分析。谢飞鸿掣9 j ( 2 0 0 5 ) 在成南高速 公路滑坡稳定性分析及治理一文中对该滑坡的形成条件、影响稳定性的因素、滑动面 和滑带土的性质进行分析、评价，对滑坡稳定性进行了滑坡前和滑坡后的稳定计算和 论证，充分认识工程建设与地质环境的相互作用的重要性。李明华o j 对粘土滑坡滑动 面形成机理进行模拟实验研究，提出了破坏带的发展模式图及裂缝初显阶段、破坏带 的形成稳定发展阶段、破坏带的加速发展阶段、连续滑动面的形成等四个阶段，并指 出破坏带的发展过程对滑坡产生的重要影响。 张友谊等j ( 2 0 0 7 ) 在陇西河滑坡成因分析及其稳定性评价一文中结合滑坡的工 程地质特征及变形特征，对滑坡的成因机制进行了分析，分析表明：影响滑坡稳定性 主要因素为软硬相间的顺向岩层面及降雨、河水侵蚀顺向岩层面及地下水的影响。吕 2 1 绪论 国庆1 1 2 j ( 2 0 0 8 ) 在影响边坡稳定性的因素分析一文中说明影响边坡稳定性的因素主要 有内在因素和外部因素两方面，内在因素包括组成边坡的地貌特征、岩土体的性质、 地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等，外部因素包括水的作用、地震、岩体风化 程度、工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起 诱发破坏作用。 从上述等等对滑坡稳定性的研究成果可以看出，影响滑坡稳定性的因素很多，考 虑的因素越全面，对滑坡的稳定性分析也就越准确。 对于黄土滑坡等其它类型要从根本上认识滑坡灾害就必须对滑坡机理与黄土滑 带土的研究两方面进行深入的研究i l3 。王志旺等【l4 j ( 2 0 0 4 ) 在水库岸滑坡稳定性研究 一文中以清江水库库岸滑坡为例，在滑坡影响因素敏感度分析的基础上对滑坡成因进 行了研究，分析认为：滑带土抗剪强度参数、地下水位对滑坡稳定安全系数的影响较 为敏感。 迄今，定性分析已经不能满足人们对滑坡稳定性分析的精度要求，定量分析便成 为现如今分析滑坡稳定性的必要准则。当今计算机又处于高度发展中，用计算机模拟， 以便可以直观地得出滑坡的稳定状态，所以数值模拟成为现在与将来研究的热门，许 多学者在这方面的探讨也已有了不少的成果。 最近的六年期间，就有不少的专家与学者在数值模拟方面做出了大量的贡献。朱 文彬等【l5 j ( 2 0 0 2 ) 在降雨条件下土体滑坡的有限元数值分析一文中用有限元建立了饱 和一非饱和土的统一非线性弹性模型，并应用于降雨滑坡的机理分析。由实例分析得 知，利用饱和一非饱和土的统一非线性弹性模型，来分析因降雨而引起的土体滑坡的 形成是可行的，也是一种有益的探索。张雪东i l6 j ( 2 0 0 3 ) 在呷爬滑坡稳定性的f l a c 3 d 数值模拟分析中利用f l a c 3 d 软件对天然和蓄水状态下滑坡的稳定性进行了数值模拟 研究，通过建立数值计算模型和选取计算参数，模拟出系统不平衡力演化过程曲线图， 为滑坡治理提供了必要的理论依据。肖国峰【l7 j ( 2 0 0 4 ) 在考虑水位变动影响的粘土滑 坡稳定性分析中运用基于强度折减技术的有限差分方法对该滑坡进行数值仿真模拟， 较好地模拟出与实际土体相同的滑坡应力特征，并分析了水位变动影响下的粘土滑坡 稳定性。孙书勤【1 8 】( 2 0 0 6 ) 在天台乡滑坡特征及稳定性的f l a c 3 d 分析中运用f l a c 3 d 方法对滑坡体的变形状况进行三维数值模拟分析，模拟得出天然状态下坡体整体上是 稳定的，仅前缘可能会发生局部失稳，暴雨条件下坡体发生整体失稳的可能性不大， 但局部范围将极有可能发生坍塌。 从以上专家的著作中可以看出，滑坡的稳定性评价是一个逐步由定性分析向半定 量、定量分析发展的过程，并且可视化程度越来越高。极限平衡理论是比较经典的稳 定性分析方法，其具体方法是将滑动趋势范围内的边坡岩土体按某种规则划分为一个 个小条块，通过条块的平衡条件建立整个边坡的平衡方程，以此为基础进行边坡稳定 3 西安科技大学硕士学位论文 性分析，又可根据边坡和滑面大小的关系，用来分析滑坡的局部及整体稳定性问题。 由于计算机技术水平的大幅度提高及岩体力学性质研究的进展，可以利用计算机进行 模拟滑坡的整体破坏过程。一些新的软件如：理正岩质边坡稳定分析软件，同济曙光 二维土质边坡稳定安全系数分析软件，加拿大g e o s l o p e 边坡稳定性分析软件等， 基于连续介质的数值分析的有限元、f l a c 法等为滑坡定量评价和预测其稳定性研究 开辟了更为广阔的前景【1 9 1 。f l a c 3 d 的基本原理【2 0 1 是拉格朗日差分法，它通过研究流 体各个质点的运动参数( 位置坐标、速度和加速度等) 随时间变化的规律，综合所有 流体质点运动参数的变化，从而得到整个流体的运动规律。把拉格朗日法移植到固体 力学中，把所研究的区域划分成空间网格，其结点就相当于流体的质点，联立张量方 程、质点运动方程和本构方程求得应力速度张量，应变速度张量和速度矢量，然后进 行分析。本文就是在前人数值研究的基础上对古滑坡陈坡滑坡进行应力应变分析的。 1 2 2 滑坡稳定性分析方法 目前用于滑坡稳定性分析的方法大体上可以分为定性分析方法、定量( 半定量) 分析方法和非确定性分析方法三大类【2 。 ( 1 ) 定性分析方法常用的主要有：历史成因分析法、工程地质类比法、滑坡稳 定性分析数据库和专家系统，图解法。 历史成因分析法：该方法对滑坡发育的地质环境、滑坡发育历史中的各种变形 破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯滑坡演变的全过程，对滑坡 稳定性的总体状况、趋势和区域性特征做出评价与预测，对己发生滑动的滑坡体，判 断其能否复活或转化。 工程地质类比法 2 2 1 ：该方法实质上是把己有的滑坡的稳定性状况及其影响因 素、有关设计等方面的经验应用到类似的所要研究滑坡的稳定性分析和设计中去的一 种方法。该方法是目前应用较为广泛的一种滑坡稳定性定性分析方法。 滑坡稳定性分析数据库系统和专家系统：滑坡工程数据库是收集己有的多个滑 坡实例的计算软件，其按照一定的格式，把各个滑坡工程实例的发育地点、地质特征 ( 工程地质图、钻孔柱状图、岩体力学参数等) 、变形破坏影响因素、形式、过程、 加固设计，以及滑坡的坡形、坡高、坡角等收集起来，并有机地组织在一起1 2 3 。它可 以直接根据不同设计阶段的要求和相关的类比依据，方便快捷地从中查得相似程度最 高的实例进行类比，从而较好地指导实践，节约费用。 专家系统是一种按学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其 缘由的计算机程序。 图解法：主要有包括两种分析方法，即简单理学分析法和赤平投影分析法。 ( 2 ) 定量( 半定量) 分析方法主要包括极限平衡法和数值分析两种方法。 4 1 绪论 极限平衡法：极限平衡法是一种定量方法，其优点是在不能给出岩土体结构变 形图像情况下，仍能对结构稳定性给出较精确的结论。目前国内外大多数规范中推荐 或者强制性规定滑坡稳定性分析采用极限平衡法。由于( 通过) 长期采用极限平衡法， 人们积累了丰富的使用经验，己被广大工程技术人员所接受。但是，由于极限平衡法 本身的局限性，即假定岩土体为理想刚塑性材料，把岩土体作为刚体按极限平衡原理 进行力( 或力矩) 的分析，无法确定边坡变形、应力分布特征及其对边坡稳定性的影 响，且假设滑体在变形过程中的不变形屈服仅发生于滑面及滑体内少量结构面上，故 该法不能确定滑体内以及滑面上的实际应力分布情况，也不能解决岩体本身的变形对 应力分布及稳定性的影响。因此，极限平衡法在应用中受到一些限制，计算方法还有 待于不断改进，现在多用它作为初步计算或估计。 数值分析方法：数值分析法，如有限元法、差分法、边界元法是一类应力应变 分析方法，它是通过求解滑坡结构体内部的应力应变来分析给定断面的变形和稳定问 题。数值法对滑坡稳定性的分析评价能更深入地了解边坡内应力、变形规律及其对稳 定性的影响，可用于精确的计算和内力计算。 ( 3 ) 不确定性分析方法主要有可靠度方法、模糊分级评判方法和人工智能法等。 可靠度法【2 4 彩】：可靠度法是滑坡稳定性分析中应用最广的不确定性方法。它在分 析滑坡稳定性时，充分考虑各随机要素：岩体及结构面的物理力学性质、地下水的作 用以及各种荷载的变异性，通过各种可靠度指标b 来表示滑坡的稳定性。 模糊分级评判法 2 6 1 ：影响滑坡稳定性的诸因素除了具有前述的随机不确定性外， 还具有一定的模糊不确定性。采用模糊分级评判或模糊聚类方法对滑坡的稳定性做出 分级评判，步骤是先找出影响滑坡稳定性的各个因素，并赋予它们不同的权值，然后 根据最大隶属度原则来判定滑坡的稳定性。实践证明，模糊分级评判方法为多变量、 多因素影响的滑坡稳定性分析方法提供了一种行之有效的手段。该法主要应用于大型 滑坡整体稳定性评价。 人工智能法【2 7 】：人工智能方法包括遗传算法、专家系统和神经网络控制等。遗传 算法最早由m i c h i g a n 大学的h o l l a n d 等教授创立，它是一种自适应启发式群体型概率 性迭代式全局收敛算法，是基于自然选择和基因遗传学原理的随机搜索算法。特点有： 不需要梯度信息，不要求函数连续，全局搜索能力强，而且程序通用性强，适合于并 行处理和大型复杂优化问题的求解。 除了上述的定性、定量和不确定分析方法外，滑坡的稳定性还可以利用物理模型 方法、现场监测分析方法进行评定，特别是现场监测分析法因为其监测结果直观可靠， 目前已经成为滑坡工程中稳定性评价极其重要的一种方法。 5 西安科技大学硕士学位论文 1 3 研究方法、内容及技术路线 1 3 1 研究方法及内容 本文主要利用工程地质学、数学，力学等学科理论和方法从陈坡滑坡复活体的工 程地质条件入手，探讨滑坡的动态过程、形成条件和诱发因素，采用极限平衡法、 s l o p e w 和数值分析方法f l a c 3 d 对陈坡滑坡进行稳定性分析评价，归纳总结滑坡形 成机制，完成拟定研究内容。 研究内容包括： 收集研究区相关的地质资料以及已有的滑坡资料，包括区域地质环境、地质构 造、气象水文等。 在论述陈坡滑坡的地形地貌、地层岩性、水文地质条件等工程地质条件的基础 上，分析滑坡的基本特征、滑坡体物质结构组成及影响滑坡的稳定性因素，并对影响 因素进行敏感度分析，探讨滑坡的形成机制。 采用极限平衡法( 采用不平衡推力法) 、s l o p e w 对滑坡进行稳定性分析评价。 运用f l a c 3 d 对滑坡进行稳定性评价。在不同工况下对滑坡体进行稳定性计算 与分析，根据滑坡发生的地质背景和形成机制，应用f l a c 3 d 建立岩体结构力学模型， 在如下两种工况下分析陈坡滑坡的稳定性： f l a c 模拟分析以下两种工况： 工况1 ：天然状态。考虑坡体在现阶段的地质条件下不受外界扰动的稳定性状况； 工况2 ：考虑滑坡区在遭遇暴雨时，地表水下渗及河水位上升引起滑坡区地下水 位由5 5 m 上升到3 0 m 时稳定状况。 6 l 绪论 1 3 2 技术路线 陈坡滑坡基本特征 l 滑坡区自然条件及工程地质环境 l 0 上 上j p 气 地 水 地地 地 象 形 文 层 质 水 地 地 石 构 震 文 貌 质 性 造 ti j 影响因素分析 1 l 敏感度分析 形成机制 上 滑坡的稳定性分析评价 l极限平衡法i 数值分析法 i 稳定性系数计算 滑坡推力计算s l o p e wf l a c 3 d ii j r 结论 图1 1 技术路线图 7 西安科技大学硕士学位论文 2 滑坡区环境工程地质背景 乐酽j 卜田窖 。 j 渭南 乎水铥 北田镇。 、 警w 。 ，t 0 耿镇爹 三张气 、： 。， 新丰、代王镇 马额镇 、枣塘锊 一 代土饵与召火饵 、 _ 草滩疽。 斜口巴“。 他谨呸 磐孛诰侨南 毒；厚镇学坡i 西安西凄融庆镇 一， 日厚镇乡 ”? 。 + 。 、呜棱镇 锰田县 “0 杜曲镇 一“。 固 2 滑坡区环境工程地质背景 深为2 3 - 4 4 锄，最大冻深5 5 锄。 区内水系属黄河流域，主要发育尤河支流稠水河，稠水河全长1 7 2 k m ，流域面积 6 3 7 k m 2 ，属季节性流水。稠水河位于滑坡前缘，因稠水河季节性冲刷滑坡体，滑体 上冲沟发育，水土流失严重，河水泥沙含量大。该河由南向北流经三关庙全镇，在阳 郭镇史家村附近汇入尤河。 2 2 工程地质条件 2 2 1 地形地貌 滑坡区地貌上属于黄土台塬，路线位于黄土台塬前缘缓坡地带，地势总体西高东 低，上陡下缓。陈坡古滑坡总体坡度约3 0 。，为大型土质滑坡，公路以路堑的形式从 其中前部通过，k 1 4 + 9 3 5 一k 1 5 + 0 1 0 段路基左侧为挖方，右侧为填方，现己在路线右侧 堆积弃方，形成了高约1 5 m 的下边坡( 如图3 7 ) 。 本次滑坡复活体位于土体弃方东北侧，属于陈坡滑坡的次级滑坡复活，滑坡处地 势低凹，总体倾向南东，坡度3 0 。，地面呈波状起伏，前临稠水河。滑坡区高程为 6 4 2 2 0 m - - 6 9 2 4 0 m ，相对高差3 9 8 0 m 。 2 2 2 地层岩性 滑坡区出露地层自上而下主要为第四系全新统人工填土、冲洪积亚粘土、第四系 中更新统冲洪积亚粘土以及第三系粘土。简述如下： ( 1 ) 第四系全新统人工填土( q 4 m 1 ) 素填土：灰褐色，土质不均，含少量漂石， 稍湿潮湿。该层主要分布于滑坡后缘西南侧。 ( 2 ) 第四系全新统冲洪积( q 4 a l + p 1 ) 亚粘土：黄褐色，土质不均，含少量钙质结 核及小砾石，含大量植物根系，孑l 隙发育，潮湿饱和，硬塑半坚硬，层厚2 4 0 - - - 2 7 0 m 。 ( 3 ) 第四系全新统冲洪积( q 4 山+ p i ) 亚粘土：黄褐灰褐色，土质不均，饱和， 软塑硬塑。层厚3 4 0 - - 4 2 0 m 。 ( 4 ) 第四系全新统冲洪积( q 4 甜侧) 亚粘土：黄褐色，土质不均，含少量钙质结 核及小砾石，孔隙发育，饱和，软塑。层厚0 8 0 - - - 1 0 0 m 。 ( 5 ) 第四系中更新统冲洪积( q 2 a l + p 1 ) 亚粘土：灰褐黄褐色，土质不均，饱和， 硬塑。该层在滑面以下，厚度变化大，钻孔最大揭露厚度2 0 0 m 。底部见漂石夹层。 ( 6 ) 第三系( n ) 粘土：红褐色，土质不均，夹亚粘土及中粗砂夹层，饱和，硬 塑半坚硬。钻孔最大揭露厚度5 7 0 m 。 9 西安科技大学硕士学位论文 2 2 3 地质构造 滑坡区大地构造单元位于渭河断陷新生代喜玛拉雅盆地南部，沉积层巨厚。喜马 拉雅山运动中，秦岭山地再度升起，北坡断裂下陷，形成盆地。滑坡区所在区域属汾 渭地震带。区域地质构造特点：新构造运动强烈，活动性断陷发育，地震活动频繁， 区域稳定性差。 2 2 4 水文地质条件 滑坡区地下水埋藏较浅，埋深4 5 0 - 5 5 0 m ，上部滑坡堆积土和下部冲洪积亚粘 土有利于地表水下渗存储，底部下伏第四系中更新统冲洪积亚粘土及第三系粘土为相 对隔水层。地下水类型主要为孔隙潜水，补给来源主要为山坡松散岩土体侧向补给， 其次是大气降水的入渗补给，排泄主要以渗流方式向稠水河排泄，其次是通过毛细作 用，以面状蒸发形式排泄。沟谷斜坡中的孔隙潜水微弱，且主要分布于沟谷斜坡中粗 砂、砂砾含水层中。河流冲洪积砂卵石层富水性与透水性较好，滑坡松散堆积层中部 有上层滞水。 据水质分析报告，稠水河水总矿化度为5 2 1 1 m g l ，p h 值为8 1 2 ，水化学类型为 h c 0 3 c a m g 型水，对混凝土不具腐蚀性。 2 2 5 地震 滑坡区所在区域属汾渭地震带。根据l ：4 0 0 万中国地震动峰值加速度区划图 ( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 图a 1 ) 和中国地震动反应谱特征周期区划图( g b l 8 3 0 6 - - 2 0 0 1 图b 1 ) ( 1 ：4 0 0 万，2 0 0 1 ) 等资料，该滑坡所在地地震动峰值加速度为0 2 0 9 ，地震动反 应谱特征周期为o 4 5 ，相应地震基本烈度为度。据陕西地震登记表统计，滑坡 区历史上发生过最大地震震级为6 级( 公元7 9 3 年) ，为不稳定构造区。 1 0 3 陈坡滑坡基本特征与形成机制探讨 3 陈坡滑坡基本特征与形成机制探讨 3 1 陈坡滑坡基本特征 陈坡古滑坡长3 0 0 m ，宽5 5 0 m ，厚度约1 0 15 m ，体积约2 4 8 x1 0 6 m 3 ，为巨型土 质推移式滑坡。据资料记载，该滑坡在6 0 年代曾有活动，致使数十户人家搬迁，2 0 0 6 年该滑坡又一次局部滑动。滑坡后缘位于线路左侧约2 5 0 m ，前缘临近稠水河。滑体 主要以第四系全更新统人工素填土，第四系全新统冲洪积亚粘土为主，滑带土为第四 系全新统亚粘土( 饱和，软塑，层厚o 8 0 - - - 1 o o m ) ，滑床为第四系中更新统冲洪积亚 粘土及第三系粘土。 陈坡滑坡( 复活体) 纵向长约1 3 0 m ，横向宽约9 0 m ，平均厚度7 m ，体积约8 2 0 0 0 m 3 ， 为中型土质滑坡。滑坡复活体周界清晰( 如图3 1 ) ，滑体裂缝发育( 如图3 2 ) ，前缘剪出 口较为明显( 如图3 1 0 ) ，位于陈坡古滑坡前缘，前缘高程6 4 8 m ，后缘高程6 8 5 m ，相 荠3 7 m 。 涮黼 鬻 葵；囊鬟雾藜 图3 i 滑坡南界 图3 3 滑坡前缘鼓胀裂隙 图3 2 滑体裂缝 图3 4 滑坡后缘 西安科技大学硕士学位论文 图3 5k 1 4 + 9 3 5 k 1 5 + 0 1 0 滑坡工程地质平面图 从外观上，该滑坡要素表现较明显，各部位特征如下： ( 1 ) 平面特征 滑体表部微地貌特征主要表现为滑体后部连续贯通的弧形拉张裂缝。滑坡后缘填 方路基局部开裂，裂缝宽度2 0 3 0c m ，堆积裂缝宽2 0g i l l ，垂向错动3 0 4 0g i l l ，延伸 约2 0 m 。滑体南侧周界裂缝从滑坡后缘陡壁延伸至前缘河道，长度达1 0 0 m 以上，宽 1 0 - 1 5c m ，垂向错动超过2 0e m ，可见深度达8 0e n l ，平行排列六十余条羽状裂缝，密 度为1 - 2 条m 。滑体北侧周界裂缝断续发育，裂缝宽5 1 5c m ，垂向错动1 0 - 2 0a l l ， ( 如图3 4 ) 。滑坡总体倾向南东，地面呈波状起伏，形态呈缓坡状舌形。 ( 2 ) 滑坡剖面特征 1 2 3 陈坡滑坡基本特征与形成机制探讨 图3 6k 1 4 + 9 3 8 k 1 5 + 0 1 0 滑坡t 程地质i i 剖面图 陈坡滑坡滑面形态为似圆弧形，系第四系全更新统人工素填土，第四系全新统冲 洪积亚粘土沿软弱层第四系全新统亚粘土( 饱和，软塑，层厚o 8 0 - 1 0 0 m ) 滑动。 后部发育垂直裂隙，前缘鼓胀裂隙发育( 如图3 3 ) 。 ( 3 ) 滑体特征 根据工程地质测绘和钻探揭露，滑体主要由第四系全新统人工填土( 如图3 7 ) ， 冲洪积亚粘土、卵石，滑坡堆积亚粘土组成。人工填土形成的下边坡堆积高达1 5 m 左 右。滑体土自上而下土体颜色由黄褐色到灰褐色逐渐变暗，土质不均。 ( 3 ) 滑带( 面) 特征 据钻孔揭露，滑面埋深6 2 7 6 m ，为第四系全新统冲洪积( q 4 出+ p 1 ) 亚粘土，黄 褐色，土质不均，含少量钙质结核及小砾石，孔隙发育，饱和，软塑。层厚0 8 0 1 0 0 m ， 擦痕不明显，钻进有缩径现象。图3 8 为由于修建公路开挖边坡而致使滑面出露于地 表。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 图3 7 滑坡后缘人工填士 逸豢 图3 9 滑坡全貌 综上所述，该滑坡周界清晰( 如图3 9 ) ， 3 1 0 ) ，为一中型土质滑坡。 3 2 滑坡形成影响因素 图38 滑面位置 图3 1 0 滑坡前缘 滑动面连续贯通，前缘出口明显( 如图 不论用什么方法对滑坡进行稳定性分析，都必须从分析影响滑坡的稳定性的因素 着手。影响滑坡稳定性的因素综合起来可分为两大方面，即内在因素( 地层岩性、地 形地貌、地质构造) 和外在因素( 水文地质条件、气象、地震活动、人类活动、地表 植被等) 。进行稳定性分析研究时，要避免对影响稳定性的因素研究不足，否则会导 致分析结果与实际相差甚远，这样在治理时就会造成重大的经济损失，严重时还会影 响到人类的生命、财产安全。 影响滑坡稳定性的因素综合起来可分为两大方面，即内在因素和外在因素。内在 因素包括： ( 1 ) 地形地貌：主要是滑坡与周围的地形地貌的关系。滑坡的有利地形一般是：滑 坡后部有陡斜坡或者断壁，向下连续凹地或平坦地带，继续向下是缓斜坡，缓斜坡再 往下是陡峭的斜坡。滑坡后部的滑坡壁及其下部的凹地是滑坡地形的特征，凹地带形 成湿地、沼泽。滑坡地形多数排列成直线状和带状。 1 4 3 陈坡滑坡基本特征与形成机制探讨 陈坡滑坡地处黄土台塬前缘缓坡地段，地形西高东低，坡度约3 0 。，总体倾向南 东，坡体倾向与地层层面倾向基本一致，前缘为稠水河河谷。受水流限制，斜坡上冲 沟发育，地层较破碎，坡前往往形成较大的临空面，为滑坡的形成提供了有利的地形 条件，在水或地震力的作用下，易形成滑坡。 ( 2 ) 地层岩性：包括滑坡物质成分、结构和工程地质性质。坡体如产生滑坡，必须 有可发育成主滑带的一层，其岩性强度低，在坡体应力作用下易变形；并且水化性强， 遇水后剪切强度锐减，而易沿此层剪切破坏幽j 。 复活体位于陈坡老滑坡次级滑坡上，地层上部为滑坡堆积粘性土，结构疏松，孔 隙发育，强度低；下部为冲积亚粘土，孔隙发育，粘粒含量较高，含水量高，饱和， 软塑，剪切强度低，下伏第四系中更新统冲洪积亚粘土及第三系粘土属相对不透水层， 地下水在下伏层以上汇聚，根据土体特性冲积亚粘土遇水剪切强度降低，形成软弱层。 ( 3 ) 地质构造：构造形态、结构面特征、组合形式和地壳运动的近期活动性；地球 在漫长的地质历史时期中，经历多次不同规模的地质构造运动，丘陵、平原、盆地等， 同时也造就了各种各样的自然地质灾害。滑坡在不同的构造单元，滑坡发生的规模和 数量是不同的。 滑坡区大地构造单元属于渭河断陷新生代喜玛拉雅盆地南部，沉积层巨厚。喜马 拉雅山运动中，秦岭山地再度升起，北坡断裂下陷，形成盆地。滑坡区所在区域属汾 渭地震带，区域地质构造特点为新构造运动强烈，活动性断陷发育，地震活动频繁， 区域稳定性差。 外在因素包括： ( 1 ) 水文地质条件：包括地下水的储存形式、动态、补给排水条件、水质水量和地 表水的溢流规律、河床沟谷形态及流速流量。水文地质条件的影响主要包括地表水和 地下水。在滑坡的外在因素中，水对滑坡稳定性影响尤为突出，因此有“治坡先治水 之说。每当雨季，崩塌和滑坡频繁发生，很多滑坡都是发生在地下水比较丰富的地带。 水库蓄水后周围岸坡因浸水而多有滑动。这些事实说明地表水、地下水对滑坡稳定性 的影响是十分明显的。水的作用主要表现为对岩土的软化、泥化作用、地表水的冲刷 作用、静水压力和动水压力等。 滑坡区地下水埋藏浅，埋深4 5 0 - 5 5 0 m 。上部滑坡堆积粘性土和下部冲积亚粘 土有利于地表水下渗和地下水存储，其剪切强度随含水量增加而降低，底部下伏第四 系中更新统冲洪积亚粘土及第三系粘土为相对隔水层。 ( 2 ) 气象、降雨、温度等：大气降水，特别是历时较长的强暴雨也是导致滑坡的主 要触发因素。地下水位上升，促使孔隙水压力提高，降低了抗滑力，从而也造成滑坡 失稳：当地下水由滑坡岩土体中排出时，由于有一定的水力梯度，形成动水压力，增 加了沿地下渗流方向的滑动力，对滑坡稳定性也是非常不利的。 1 5 西安科技大学硕士学位论文 人们已经对降雨诱发滑坡的单因素分析做了大量的工作，如当降雨时，地下水位 上升造成滑体、滑带土岩土力学强度的弱化和地下水位上升引起滑体容重、孔隙水与 动静水压力的增加的规律。诱发或滑坡复活的降雨及其概率的理论与实例分析等，但 是这些研究一般很少考虑因水位变动对地下水动力场的影响，即使考虑了这种影响也 仅假定这种变化为某一初始水位等梯度的突升突降【2 9 】，因此降雨对滑坡稳定性的影响 是目前极待解决的。 陈坡滑坡复活体由于降雨入渗到滑坡中，由于下伏粘土层隔阻，在老滑动面附近 积滞，不但降低了土层抗剪强度，还增加了上部荷重，有利于形成滑坡形成。 ( 3 ) 地震活动：包括地震震级、烈度、加速度等。地震是造成滑坡破坏最重要的触 发因素之一，许多的大型崩塌或滑坡的发生与地震密切相关例如：例如，1 9 6 4 年的美 国阿拉斯加地震引起的十二亿美元的经济损失，其中6 7 亿( 占5 6 ) 的损失来自地震 诱发的滑坡，死亡的1 3 0 人中有4 8 人死于滑坡。日本自1 9 6 4 年以来发生的强震中 ( m 6 9 ) ，同地震相关的死亡人数一半以上由地震诱发滑坡引起。 地震对滑坡影响的机理主要是：从震源开始分布于地壳中的弹性振动，向周围介 质传递时具有一定的加速度，因此便产生地震力，其数值等于加速度与物体质量的乘 积。同时，在地表物体和建筑物内部将产生一种与地震力大小相等、方向相反的惯性 力，因此地震总会在滑坡内引起一种附加应力，这种附加应力存在的时间如同引起它 的地震振动的延续时间一样，几乎也是很短的。地震还可以引起岩土体结构和强度的 变化。 陈坡滑坡所在地地震动峰值加速度为0 2 0 9 ，地震动反应谱特征周期为o 4 5 ，相 应地震基本烈度为度。据陕西地震登记表统计，滑坡区历史上发生过最大地震 震级为6 级( 公元7 9 3 年) ，为不稳定构造区。 ( 4 ) 人类活动：主要有工程对环境平衡的影响，因为兴建土木工程而引起滑坡，如 修建铁路、公路时开挖斜坡、填土、弃土和堆积矿渣等，使得斜坡内应力发生变化， 或者由于开挖使得抗剪强度降低，或因填土增加荷重而增大滑动力等都可引起滑坡。 由于公路建设在滑坡体中后部堆积弃方，增大坡体重量，改变地表水排泄条件， 不利于滑坡的稳定。 3 3 陈坡滑坡影响因素敏感度分析 3 3 1 敏感度分析计算方法 滑坡敏感性分析研究的是影响滑坡各因素与相应的稳定系数之间的相关关系，它 由滑坡稳定系数的相对变化率与各因素的相对变化率之间的比值来进行衡量。 假定滑坡的稳定