牡丹苑滑坡稳定性计算及数值模拟分析

梁海 王永鹏 黄佳

(西北勘测设计研究院，陕西西安 710065)

1 工程概况

牡丹苑地处秦岭北麓，位于西安市户县石井镇阿姑泉村，为一市级风景旅游区。滑坡位于景区中东部，是景区主要部位，为一土质老滑坡。由于近几年来，景区大量建设，开挖修路，且地下水活跃，引起滑坡体出现蠕动变形，坡面及建筑物多处出现裂缝，并呈现新的滑坡特征。

2 滑坡变形原因分析

根据对牡丹苑滑坡进行勘察，滑坡体平均厚度约20 m，滑坡典型剖面2—2'剖面图见图1。从图1可见，滑坡地下水位浅，地下水位统计表见表1;根据对滑坡及周边调查，区内地表水发育，多为人为引排山体泉水浇灌地表景观植物，且区内无修筑的排水沟;滑坡后缘有废弃水塔和水沟，常年积水渗入坡体。造成坡体土体多处于饱和状态，表部土体出现蠕滑现象，建筑物和坡体多处开裂［1］。

图1 牡丹苑滑坡2—2′工程地质断面图

地层:①第四系全新统坡洪积层黄土状土和粉质粘土;②第四系全新统坡洪积层粉质粘土;③第四系上更新统坡洪积层粉质粘土;④元古界宽坪群石英片岩。

表1 牡丹苑滑坡地下水位统计表

另外，人为在坡体前缘开挖修筑道路，使得坡体失去原有的平衡，导致道路墙体多处出现鼓胀裂缝，且呈现新的滑坡地貌特征。

综上所述，人为引排水和开挖建设是造成滑坡不稳定的主要因素。

3 稳定性计算

正确判断滑坡稳定性及发展趋势是合理治理滑坡的前提［2］。根据牡丹苑滑坡滑带土室内试验结果，结合经验，综合确定主滑段 c，φ 值，见表2。

表2 牡丹苑滑坡稳定性计算参数建议值表

根据现场调查，老滑坡体多处出现裂缝，滑坡前缘道路墙体出现鼓胀裂缝，经过分析，推断老滑坡体中前部存在新的潜在滑坡。

本次采用传递系数法对老滑坡和新的潜在滑坡分别进行计算。由于该滑坡地处秦岭北缘断裂，区内地震烈度为7度，需考虑地震因素;滑坡地下水发育，加之人为引排泉水，需考虑暴雨工况。综合分析，确定三种稳定性计算工况:天然工况(工况1)、暴雨工况(工况2)、暴雨 +地震工况(工况3)，计算模型见图2，图3，计算结果见表3。

表3 滑坡稳定性验算结果

图2 2—2′剖面稳定性计算条分图

根据计算结果，老滑坡在天然状态下基本稳定，在暴雨、地震+暴雨状态下达到临界值，潜在滑坡在天然状态下基本稳定，在暴雨和地震+暴雨状态下不稳定，因此滑坡需要进行治理。

图3 潜在滑坡稳定性计算条分图

4 ANSYS有限元数值模拟分析

利用ANSYS有限元软件，以2—2'剖面为典型剖面，对滑坡进行应力—应变数值模拟。滑坡几何模型如图4所示，并把力学简化为平面应变，通过土工试验以及工程经验给出模拟参数。假定基底为固定约束，两侧为法向约束，只允许竖向变形，上部边界为自由边界，模拟成果见图5～图12。

图4 滑坡几何模型

图5 数值计算模型

图7 x方向位移云图

图8 y方向位移云图

图9 x方向应力云图

模拟计算参数如下:

黄土状土:

粉质粘土:

粉质粘土:

石英片岩:

图10 y方向应力云图

图11 第一主应力（S1）云图

图12 第三主应力（S3）云图

从计算结果可以得到以下结论:

1)从图7的x方向的位移云图可以看出，新地层与老地层在交界面上位移差较大，说明在交界面处滑动趋势比较大，可以认为该滑坡的滑动面为交界面;2)从各应力云图可以看出，滑坡上部应力较大，尤其在滑坡后缘和坡脚处，说明在这些位置为岩土体抗拉强度最先到达处，表现为一系列张拉裂缝。

5 治理措施

根据滑坡稳定性计算结果，滑坡需要治理。由于该滑坡地下水发育，人为引排泉水灌溉，造成地下水位抬升(1.1 m～14.5 m);人为大量修建建筑物，在滑坡前缘开挖修路，减小了抗滑力。经过综合分析，提出“以排水为主，支挡为辅”的滑坡治理原则。

依据治理原则，修截水沟，对该滑坡体周围的水源进行拦截;修排水井并抽水，降低滑坡体水位;在滑坡体前缘建适当抗滑桩，增加抗滑力，使滑坡恢复原有平衡。

6 结语

滑坡灾害是山区建设中的一个重要问题，可导致严重的经济损失，只有充分认识和分析滑坡的发育机理及诱发因素，综合分析，方能成功进行治理［3］，并且将其“治早治小，一次根治，不留后患”。本文对牡丹苑滑坡所处的特殊构造位置、形成机理及诱发因素进行分析，并对其稳定性进行计算，提出有针对性的滑坡治理措施，供同类滑坡分析借鉴。

［1］谢世刚，孙好善.国道213线某滑坡形成机理及稳定性分析［J］.岩土工程界，2009，12(9):52.

［2］涂鹏飞，李茂斌，王志俭.张家湾滑坡稳定性分析［J］.安徽农业科学，2011，39(9):5223-5225.

［3］田义斌，厚行霞.沿龙穆尔沟段公路滑坡变形原因及稳定性分析［J］.路基工程，2008(2):191-192.