1、理论研究水利技术监督2023 年第 2 期DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.056强降雨条件下滑坡稳定性分析及防治措施研究左韵琳1，黄东晓2(1.济南市水利工程服务中心，山东 济南 250013;2.沂沭河水利管理局刘家道口水利枢纽管理局，山东 临沂 276004)摘要:滑坡灾害作为常见的地质灾害形式之一，严重影响着人们生命财产安全。为研究滑坡特性并有针对性提出防治措施，本文采用数值模拟的方法对山东地区某滑坡在天然状态和强降雨条件下滑坡变形和稳定性进行了分析。结果表明，强降雨条件下滑坡变形量较大，滑体出现了剪切破坏和张拉破坏，此时边坡已经失稳，并根据滑坡
2、特点有针对性提出了一些防治措施。研究结果可为类似滑坡防治工程提供借鉴。关键词:滑坡;强降雨;稳定性分析;数值模拟;防治措施中图分类号:P642.22文献标识码:B文章编号:1008-1305(2023)02-0223-05收稿日期:2022-10-01作者简介:左韵琳(1994 年)，女，助理工程师。E-mail:我国存在大量的地质灾害，主要包括滑坡、崩塌和不稳定斜坡，其中滑坡灾害占 2/3 以上，因此，分析和研究滑坡稳定性具有重要的意义1-4。国内学者对此进行了一些研究，主要有:文献 5-6 以某地区滑坡区域为研究对象，采用一定的方法对滑坡特征和影响因素进行了分析，结果表明滑塌区在降雨条件下
3、导致坡体饱和，处于欠稳定状态，需要进一步治理和监测。文献 7-8 以某堆积层边坡为研究对象，采用 Geo-Studio 软件对强降雨条件下边坡降雨入渗规律及其稳定性进行了分析，结果表明，降雨对坡脚影响最大，其次是坡顶，最小的是坡体中部，且边坡稳定系数随着降雨持续时间的增大而减小。文献 9-10 以某实际工程为例，对滑坡的成因及诱发因素进行分析，得到了滑坡形成的原因，对滑坡区进行了稳定性计算，并针对滑坡提出了合理的治理措施。本文主要以山东地区某滑坡为研究对象，采用数值模拟的方法对天然状态和强降雨条件下滑坡变形和稳定性进行了分析，并提出了一些防治措施，研究结果可为类似滑坡防治提供参考和借鉴。1工程
4、概况某滑坡位于山东省境内，处于构造侵蚀溶蚀区，边坡坡度为 25 35，在沟谷形成狭窄的通道。该滑坡裂隙后缘高程为 856m，坡脚高程为718m，相对高差为 138m。滑体最大长度为 234m、最大宽度为 72m、总面积为 3.4 万 m2。滑体主要为崩坡积层堆积物，厚度为 9.8 23.1m。数值模拟方法作为一种简单有效的方式，在边坡分析中得到了广泛应用。为了对该滑坡提出有针对性的防治措施，下文采用数值模拟方法进行研究。2数值模拟分析方法2.1模型建立将三维模型导入 FLAC 软件中得到数值模型，如图 1 所示。模 型 的 长 280m、宽 320m、最 大 高 度 为260m、最低高度为 1
5、4m，共分为基岩和滑体 2 个部分。模型除上边界外，其他边界均进行位移约束，均采用摩尔 库伦本构模型，共有 118756 个节点和 584562 个单元，图 1(b)给出了典型截面I I剖面。天然状态和强降雨条件 2 种工况的岩土体的物理力学参数见表 12。表 1天然状态下岩土体的物理力学参数土层材料弹性模量E/MPa泊松比重度/(kN m3)黏聚力c/kPa内摩擦角/()基岩200000.1826.2425038.6滑体1600.3121.52027.53222023 年第 2 期水利技术监督理论研究图 1数值模型图表 2强降雨条件下岩土体的物理力学参数土层材料弹性模量E/MPa泊松比重度/
6、(kN m3)黏聚力c/kPa内摩擦角/()基岩200000.1827.2347036.8滑体1600.3122.61622.52.2监测点设置为了对该边坡在天然状态和强降雨状态下的稳定特性进行监测，在模型 剖面滑体上设置1#5#监测线，在 1#、2#和 5#监测线上分别设置 3个监测点，在 3#和 4#监测线上分别设置 4 个监测点，如图 2 所示。图 2监测点布设图3数值结果分析3.1天然状态下滑坡稳定性分析3.1.1位移分析采用边坡模型对天然状态下的滑坡稳定性进行分析，得到天然状态下的边坡总位移云图和 剖面位移云图，如图 3 所示。图 3天然状态下边坡位移云图由图 3(a)可知，天然状态
7、下滑坡最大位移值为 21.7mm，最大位移主要集中在滑体后部;由图3(b)可知，剖面上最大位移值为 21.3mm，同样发生滑体的后部。综上可知，重力作用下滑体前缘临空方向上的位移变形最大，但位移变形水平整体上较小。为了更加准确地分析滑体变形规律，对天然状态下 剖面上不同监测线上面的位移监测点进行分析，如图 4 所示。图 4天然状态下监测点总位移监测曲线由图 4 可知，在天然状态下，1#、4#和 5#监测线处的滑坡位移相对较大，即主要变形发生在滑坡体的前缘和后部位置处。滑坡前缘 1#监测线上的最422理论研究水利技术监督2023 年第 2 期大位移值为 16.0mm，滑坡后部位置 4#和 5#监
8、测线上的最大位移值为 17.2mm，且从滑坡表面到滑体内部，位移值逐渐减小，越靠近基岩处位移越小，在与基岩交汇处滑体位移基本为零。综上可知，天然状态下，该滑坡变形主要发生在滑坡体的前缘和后部位置处，且滑体表面变形最为明显，在与基岩交汇处滑体位移基本为零，整体上滑体稳定性良好。3.1.2应力分析模型最大主应力分布云图如图 5 所示。图 5最大主应力分布云图由图 5 可知，从滑坡表面沿深度方向最大主应力值均匀增大，未发生应力突变现象，且整个模型均表现为压应力。因此，从应力状态来看，天然状态下滑体最大主应力处于较低水平，且整体受压，未发生应力突变和集中现象，滑体整体稳定性较好。3.1.3最大剪切应变
9、增量和塑性区分析为了对天然状态下滑体的变形和破坏位置进行直观分析，给出了 剖面最大剪切应变增量云图和塑性区分布云图，如图 67 所示。图 6 剖面最大剪切应变增量云图图 7 剖面塑性区分布云图由图 6 可知，天然状态下滑坡的剪切应变增量主要出现在滑坡后部和滑坡前缘坡脚附近，在与基岩交汇处剪切作用基本没有出现。由图 7 可知，天然状态下滑坡塑性区同样主要分布在滑坡后部和滑坡前缘坡脚附近，滑坡中部和后部基本未出现塑性区，且已有的塑性区基本为之前循环出现的剪切破坏单元(shear-p)。此外，通过强度折减法计算得到的天然状态边坡安全系数为 1.32。综上，从剪切应变增量和塑性区来看，此时滑坡是稳定的
10、。3.2强降雨条件下滑坡稳定性分析3.2.1位移分析采用边坡模型对强降雨条件下的滑坡稳定性进行分析，得到强降雨条件下的边坡总位移云图和 剖面位移云图，如图 8 所示。图 8强降雨条件下边坡位移云图由图 8(a)可知，强降雨条件下滑坡最大位移值为 200.0mm，是天然状态最大位移的 9.2 倍，最大位移主要集中在滑体前缘;由图 8(b)可知，剖面上最大位移值为 200.0mm，同样发生滑体的前缘。综上可知，强降雨条件下滑体前缘首先发生较大的滑动变形，继而牵引滑体后部发生变形破坏。为了更加准确地分析滑体变形规律，对强降雨条件下 剖面上不同监测线上面的位移监测点进行分析，如图 9 所示。由图 9
11、可知，在强降雨条件下，滑坡位移主要5222023 年第 2 期水利技术监督理论研究图 9强降雨条件下监测点总位移监测曲线发生在 1#和 2#监测线处，其中 1#监测线滑坡位移最大，即主要变形发生在滑坡体的前缘位置处。滑坡前缘1#监测线上的最大位移值为 108.5mm，2#监测线上的最大位移值为 35.0mm，从滑坡表面到滑体内部，位移值逐渐减小，越靠近基岩处位移越小。综上可知，强降雨条件下，该滑坡变形主要发生在滑坡体的前缘位置处，且滑体变形量较大，认为此时滑坡前缘已发生滑移破坏，此时滑坡整体处于不稳定状态。3.2.2应力分析模型最大主应力分布云图如图 10 所示。图 10最大主应力分布云图由图
12、 10 可知，从滑坡表面沿深度方向最大主应力值均匀增大，未发生有应力突变现象，且整个模型均表现为压应力。因此，从应力状态来看，强降雨条件下滑体最大主应力与天然状态下相差不大。3.2.3最大剪切应变增量和塑性区分析为了对强降雨条件下滑体的变形和破坏位置进行直观分析，给出了 剖面最大剪切应变增量云图和塑性区分布云图，如图 1112 所示。由图 11 可知，强降雨条件下滑坡的剪切应变增量主要出现在滑坡前缘处，且在与基岩交界面形成了一条剪切带，说明此时滑移面已经形成;由图12 可知，强降雨条件下滑体均出现塑性区，且塑性区除了出现正在剪切破坏单元(shear-n)，还在滑图 11 剖面最大剪切应变增量云
13、图图 12 剖面塑性区分布云图坡前缘、后缘和中部发生了张拉破坏。此外，通过强度折减法计算得到的强降雨条件下边坡安全系数为 0.94。综上可知，强降雨条件下该滑坡非常不稳定，会出现滑坡破坏。4滑坡防治措施分析历年的气象数据表明，山东地区年降雨量较为充沛，且具有降雨集中和降雨历时较长等特点，加剧了滑坡灾害的出现，应尽快对其进行防护加固。根据地质特点，本文提出 2 种滑坡治理措施。(1)采用坡面排水+设置抗滑桩方案。工程实践表明，抗滑桩在滑坡治理工程中作用明显，配合坡面排水能实现较好地防治效果。对于抗滑桩，建议在高程约 861m 处设置 1 排抗滑桩，抗滑桩的设计推力值为 1140kN/m。对于坡面
14、排水，在滑坡体的后缘和滑坡中部位置设计 2 条截水沟，同时在滑坡体的侧缘设计 2 条地表排水沟，排水方向为由北侧向南侧排水。该方案的优点是不用改变现有滑坡形状，直接进行支护;缺点是施工成本较高，施工难度系数较大。(2)采用坡上居民搬迁+定时滑坡变形监测。为了更好地消除滑坡灾害产生的安全影响，建议对坡上 5 户居民进行搬迁，同时在滑坡体上布设变形监测设备和预警设备，对滑坡变形进行及时监测，为地质灾害部门提供决策参考。5结论本文主要以山东地区某滑坡为研究对象，采用数值模拟的方法对天然状态和强降雨条件下滑坡变622理论研究水利技术监督2023 年第 2 期形和稳定性进行了分析，得到以下结论。(1)天
15、然状态下滑坡是稳定的，强降雨条件下，滑体变形量急速增大，滑体出现塑性破坏，边坡安全系数为 0.94，滑坡前缘已发生滑移破坏，继而会导致滑坡后部继续发生变形破坏，此时滑坡整体处于不稳定状态。(2)采用“坡面排水+设置抗滑桩加固”和“坡上居民搬迁+定时滑坡变形监测”均是可行治理方案，应综合考虑做出决策。(3)需要指出的是，滑坡的治理要因地制宜，要充分了解当地的地质条件，有针对性的提出滑坡防治措施。参考文献 1王靖 某降雨型滑坡稳定性分析及治理措施研究 J 建筑与预算，2022(5):46-48 2储益旭，周建伟，白玉辉，等 基于 FLAC 3D 的强降雨作用下临夏红层滑坡稳定性研究J 甘肃科技，2
16、021，37(24):26-29 3王未英 强降雨条件下边坡黄土流失分析及防治建议J 水利技术监督，2022，175(5):116-118 4谷新保，杨凯，刘路路，等 重庆市忠县滑坡特征与稳定性分析J 建筑安全，2021，36(11):18-22 5龙盛军，王雪晴，霍玉龙，等 重庆城口四湾村滑坡原因分析J 土工基础，2021，35(4):491-494 6王鹤翔 降雨强度和渗流对河岸稳定性影响分析 J 水利技术监督，2022，176(6):161-164，195 7高文军，丛凯，杜全云 强降雨条件下堆积层滑坡入渗规律及稳定性分析J 甘肃科学学报，2021，33(1):101-105 8李林均，简文星，张端淼，等 暴雨作用下含裂缝谭家湾堆积层滑坡渗流特征与稳定性分析J 安全与环境工程，2021，28(1):135-143 9侯家其，陈聪 重庆某山体滑坡成因及稳定性分析J 广东水利水电，2020(12):72-75 10靳远 降雨作用下库区滑坡稳定性分析J 水利规划与设计，2020，196(2):79-82，98(上接第164 页)丁坝的最大沉降高度与相应矩形丁坝相比降低了 70%、62%
