滑坡稳定性分析中Geo-studio软件的应用

田洪宁 牛彦博 罗刚

摘 要:滑坡作为影响人类生命财产安全的重大地质灾害之一,对其的防治具有重要的意义,边坡的稳定性分析为滑坡的防治提供了重要的理论依据。本文以水布垭水库坝址区台子淌滑坡为工程实例,研究了Geo-Studio软件中SLOPE/W模块在滑坡稳定性分析中的应用。本文采用SLOPE/W模块中Morgenstern-Price和Janbu两种计算方法,分别针对天然及暴雨两种工况对滑坡进行稳定性计算。计算结果表明,利用Geo-Studio软件对边坡进行稳定性分析是可行的,且该软件还具有众多独特的优点。

关键词:Geo-Studio软件SLOPE/W滑坡稳定性分析安全系数

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0032-02

1引言

滑坡作为边坡失稳最为常见的地质灾害,它的发生通常会对人的生命财产和经济建设造成严重的损失,边坡的稳定性分析为滑坡的防治提供了重要的理论依据。目前,我们主要依靠极限平衡法和有限元法来进行滑坡的稳定性分析。极限平衡法通常根据作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比,求该块体的稳定性系数;有限元法是一种将连续体离散化为若干个有限大小的单元体的集合,以求解连续体力学问题的数值方法。

Geo-Studio是一套专业、高效而且功能强大的适用于岩土工程和岩土环境模拟计算的仿真软件,其SLOPE/W模块更是全球岩土工程界首选的稳定性分析软件,可以利用它对简单或者复杂的滑移面形状改变、孔隙水压力状况、土体性质、不同的加载方式等岩土工程问题经行分析,本文主要研究Geo-Studio软件中SLOPE/W模块在滑坡稳定性分析中的应用。

2工程实例概况

2.1 滑坡概况

水布垭水库坝址区台子淌滑坡为基岩微顺层滑坡,距水布垭大坝轴线1.3km。滑坡前缘高程205m,后缘最高高程488m,滑体厚35～40m,最厚处可达53m,滑坡东西宽250～305m,前后缘坡长约800m,滑坡面积0.21km2,,体积780万m3。滑坡形成后,后期由于受流水冲蚀及地层风化崩解的影响,其边界多为第四系覆盖。滑坡体基本上夹持于东侧丛家湾冲沟和西侧昌达湾冲沟之间。滑坡后部较为宽缓,呈凹槽型。滑体中间凸起,两侧低缓,前缘受洪水冲刷,岸坡后退约5～10m,剪出口形态特征较为清楚,呈不规则状弧形突出。

2.2 地层岩性

滑体中下部表层多分布为碎石、碎屑夹黄褐色粘土,结构松散,厚1～3m;滑体中后部由石英砂岩大块石、块石夹碎石、碎屑土组成,浅层大块石多属于泥盆系上统黄家磴与云台观组砂岩与石英砂岩,一般厚0.5～1.5m,局部较厚,为3～5m;滑体中上层为黄色粘土夹块石,碎屑石,块、碎石多为黄绿色细砂岩、粉砂岩、结构紧密,厚8～15m;滑体中下层多为似基岩半解体大块体夹块石、碎土石,块体成份以细砂岩,粉砂岩为主,结构较紧密,厚10～40m;其滑带土以分布于滑体底部为主,多为黄绿色、灰绿色、灰白色粘土夹碎石、碎屑,结构紧密。据滑带土的物理性试验成果表明,滑带土的含水量较低,为低塑性粘土,局部可见硬塑状,湿水后呈可塑状。主滑带厚一般为0.3～1m左右,最厚达10.6m。

2.3 地质构造

该滑坡处于扬子准地台中的八面山台褶带黔江隆褶束中的宣恩凹褶束和恩施穹褶束中,区内以褶皱构造为主,背斜多紧闭状,向斜多宽缓状。区域位于半峡复式大背斜西翼的次级褶皱三友坪平缓向斜的东翼,区内主要的构造行迹除三友坪向斜外,还有断层、裂隙及层间剪切带。

2.4 地下水位

滑体内地下水位较低,一般情况下,滑体内仅局部存在地下水位,含水层厚小于1.04m,仅占滑体厚2.22%。暴雨时,滑体内地下水有一定抬升,变化幅度一般为5.31～5.77m,含水层厚度局部达6.81m,占滑体总厚度14.5%。

2.5 参数选取

根据勘察资料以及进行的大量三轴试验和直剪试验,得到物理力学实验成果表,见表1。

综合台子淌滑带土的物理力学试验成果以及类比国内典型滑坡的滑带土力学强度值成果,认为台子淌滑坡稳定计算中滑带抗剪强度取c=18kPa,φ=20°较为合适。天然重度取γ=22kN/m3。

3滑坡稳定性计算分析

本章将采用Geo-Studio软件中的SLOPE/W模块对滑坡进行二维稳定性分析,由于台子淌滑坡处于水布垭水库库岸,受降雨影响较大,所以本文将在天然状态及暴雨两种工况条件下进行计算,占不考虑地震对它的影响。

3.1 计算成果

SLOPE/W模块对滑坡稳定性计算主要有Ordinary、Bishop、Janbu及Morgenstern-Price四种计算方法,本文主要采用Morgenstern-Price和Janbu法分别计算两种工况条件下滑面的安全系数。

3.2 成果分析

(1)台子淌滑坡在天然状态下采用Morgenstern-Price法和Janbu法计算所得的安全系数分别为1.113和1.112,表明该滑坡在天然状态下,坡体处于稳定状态。

(2)台子淌滑坡在暴雨状态下采用Morgenstern-Price法和Janbu法计算所得的安全系数分别为1.084和1.057,表明该滑坡在暴雨状态下,坡体处于欠稳定状态。

(3)计算结果表明,暴雨对该滑坡的稳定性具有较大的影响,滑体在暴雨条件下,由稳定状态变化为欠稳定状态,在今后的防治工作中应着重考虑雨水对其的影响。

(4)通过比较两种计算方法在两种工况条件下的安全系数,可以看出Janbu法比Morgenstern-Price法的计算结果偏小,所以建议在以后的设计中采用Janbu法所得成果。

4结语

本文以台子淌滑坡为工程实例,在掌握滑坡自然地理环境及滑坡体基本特征的前提下,通过分析滑带土的物理力学参数,并考虑参数选取合理性的基础上,研究Geo-Studio软件中SLOPE/W模块在边坡稳定性分析中的应用,主要得到如下成果:

(1)Geo-Studio软件能够快速准确地对边坡进行稳定性分析,所得结果准确度较高(参考《清江水布垭坝址区及库首若干重大滑坡稳定性计算分析研究报告》中对该滑坡稳定性计算的结果)。

(2)在Geo-Studio软件中所得的滑动面与实际勘察所得滑动面基本吻合,说明采用该软件对边坡稳定性分析能够较为准确的反应实际情况。

(3)该软件中提供了多种边坡稳定性的计算方法,如Ordinary、Bishop、Janbu和Morgenstern-Price。可以根据实际情况选择合适的计算方法,同时可以对多种计算方法结果进行对比研究。

(4)SLOPE/W模块可以对多种工况条件下的边坡进行稳定性计算分析,使其成为众多岩土工程师首选的边坡稳定性分析软件。

参考文献

[1] 卢廷浩.土力学[M].河海大学出版社,2005.

[2] 张喜发.岩土工程勘察与评价[M].吉林科学技术出版社,1996.

[3] 徐卫亚,等.清江水布垭坝址区及库首若干重大滑坡稳定性计算分析研究报告[J],1995.

[4] 徐瑞春.水布垭坝址区环境地质研究[J].人民长江,1998.

[5] 郑涛,张玉灯,毛新生.基于Geo-Slope软件的土质边坡稳定性分析[J].水利与建筑工程学报,2008,6(1):6～8.

[6] 屈建军,李建林,王乐华.GEO-Slope软件在边坡稳定性分析中的应用[J].人民长江,2009,40(15):39～40.

[7] 李玉起,黄志,王凤群.GeoStudio软件在堤防边坡稳定计算中的应用[J].东北水利水电,2007,25(271):3～5.

[8] 阮建飞,时铁城,张晓.运用Excel、AutoCAD實现岩土分析软件GeoStudio中的辅助建模[J].水利与建筑工程学报,2009,7(4):134～136.

[9] 倪梅三,华跃,曾学敏.基于Geostudio的某土石坝稳定性流固耦合分析[J].矿业快报,2008(466):23～25.