Midas/GTS在滑坡稳定性分析及治理中的应用

刘 亮，郎 坤，李晓露

（1. 河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛 066000；2. 秦皇岛润秦房地产开发有限公司，河北 秦皇岛 066000）

Midas/GTS在滑坡稳定性分析及治理中的应用

刘 亮1，郎 坤2，李晓露1

（1. 河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛 066000；2. 秦皇岛润秦房地产开发有限公司，河北 秦皇岛 066000）

利用Midas/GTS数值模拟软件选取最不利滑坡剖面进行二维建模，应用强度折减理论分析滑坡在天然状态下的稳定性，得出滑坡的最大剪应变、最大剪应力、滑动面及安全系数。通过Midas/GTS中锚建模助手建立锚杆并施加预应力对滑体进行加固，分析加固后滑坡稳定性。结果表明，预应力锚杆大大提高了滑坡体的安全系数。

滑坡稳定；预应力锚杆；数值模拟

随着社会经济建设高速发展和人口急剧的增长，人类对自然环境的破坏日渐加剧，导致地质灾害不断发生。滑坡是一种常见的地质灾害，它是指斜坡上的岩土体受河流雨水冲刷、地下水渗流、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体或部分顺坡向滑动的现象[1]。滑坡的发生往往给工程建设及居民生活带来毁灭性的破坏，因此，对滑坡稳定性的研究是一个重要的课题。

滑坡稳定性分析的方法有极限平衡法、滑移线法、数值分析法以及可靠度法等。滑坡的稳定性影响因素有岩土性质、结构构造、外力作用等。本研究结合野外实际调查与室内分析，应用Midas/ GTS数值模拟软件对滑坡在自然状态下及预应力锚杆加固时的稳定性进行分进，阐述预应力锚杆对滑坡治理的作用，为滑坡治理方案提供设计依据[5]。

1 工程概况

1.1 区域地质条件

滑坡所处山间盆地，中间由山体把盆地分为北南两川，成“三山两川”形状，山体海拔多在300～400 m。工作区内没有深大断裂，地壳较稳定，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10 g。地下水类型主要为滑坡第四系覆盖层中赋存的孔隙水和下伏基岩中的基岩裂隙水。多年平均降水量774.5 mm，年最大降水量1 224.0 mm（1959年），年最小降水量489.3 mm（1971年）。降雨主要集中于夏季，且降水强度较大，多形成暴雨，50年一遇的日最大暴雨量达475 mm。

1.2 地层岩性

滑坡所处地区基岩主要为太古界迁西群马兰峪组 (Arm)：基岩层包括全风化、强风化、中风化三层，埋藏于第四系覆盖层之下，山脊处埋深较浅，下部埋深较大，主要为角闪辉石斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩夹少量磁铁石英岩薄透镜体，灰黑色，粒状变晶结构，片麻状构造，主要矿物为斜长石、角闪石、石英。岩体内构造挤压破碎带较多，节理裂隙发育，片麻岩产状160°∠60°。岩体风化后多呈块状及碎裂状。第四系地层主要是冲洪积，分布于整个滑坡体中，主要由坡积的粉土夹碎石及基岩风化后崩落的块石组成，碎石含量约占25%，碎石粒径一般大于2 cm，次棱角状，底部见全风化破碎基岩。坡脊处较薄，在沟谷中较厚，厚度1～6 m。其自然坡度一般在30°～40°之间，坡面植被良好，多为核桃树或栗子树等经济林，偶有玉米、谷子等农作物。各岩土层物理力学参数如表1所示：

表1 各岩土层物理力学参数

1.3 滑坡特征

滑坡体位于居民区东北侧，勘查资料显示：坡体顶部存在较宽敞平台，滑坡后缘以平台处为边界；滑坡两侧各形成一较小冲沟，以此为滑坡两侧边界；滑坡前缘以堆积到达位置为边界，根据以上边界圈定滑坡体范围。滑坡体前缘第四系地层较厚，现种植农作物，此处可见张拉裂缝，裂缝走向136°，现状条件下裂缝最宽处达0.15 m，可见深度达0.3 m，长3 m，裂缝形成时间不详。坡下为居民区，直接受其威胁。

根据以上资料初步判断第四系残坡积土层与全风化岩接触面为滑面，第四系残坡积土层底部靠近滑面处为滑带，全风化岩层为滑床。滑坡后缘高程374 m，前缘高程322 m，纵向长约90 m，横向宽约35 m，平面形态呈长舌形，主滑方向194°，平均坡度34°，平面面积约3 130 m2，滑体厚度1～6 m，总体积8 750 m3，属小型土质滑坡，处于欠稳定状态。

2 自重应力下滑坡稳定性分析

2.1 Midas/GTS简介

Midas/GTS是由韩国MIDAS IT公司开发研制的，将通用的有限元分析与岩土专业有机结合而开发的，以其中文界面、CAD风格建模、高效的前后处理以及与其他软件相互转换为广大岩土工程专业人士所喜爱[2]，可应用于岩土工程的施工阶段、渗流分析、固结分析、边坡稳定分析、动力分析以及衬砌、锚杆的结构设计与分析等[2]。

2.2 计算模型

本次建立的模型根据滑坡坡面形态、岩层结构及物理力学特性，选取最危险滑动剖面作为研究对象，应用Midas/GTS中强度折减法计算滑坡应力、应变与位移。通过分析应力应变等值线图、塑性区云图得到坡体最小安全系数及潜在滑动面，从而确定滑坡的稳定性[4]。

计算模型长73 m，高50 m，划分四个土层：粉土夹碎石层、全风化层、强风化层、中风化片麻岩层。本构模型采用摩尔—库伦模型。计算剖面图于CAD中建立，而后导入Midas/GTS中，计算滑坡剖面如图1所示。根据各岩土层物理力学指标，对计算模型赋予材料属性及重力。剖面中X轴、Y轴为人工截取部分地层，故对X轴、Y轴采用法向固定约束边界，如图2所示。对模型进行网格划分，本次采用三角加四边形网格。因勘查期间以初步判定第四系覆盖层为滑动体，土岩结合面为潜在滑动面，故粉土夹碎石土层、全风化片麻岩层采用精细网格，对下伏基岩采用大网格以减少计算时间，模型见图3。

图1 滑坡剖面图

图2 模型属性及边界约束

图3 模型网格划分

2.3 自重应力下滑坡稳定性分析

本次工况所施加外力仅为岩土体自重，不含渗流等其他作用力。经计算分析，得到XY向位移图（见图4）、塑性区位移图（见图5）。从图4中可以看出，位移最大处发生在坡脚粉土夹碎石土层的耕种区，方向朝向坡脚，最大位移为42 mm[5]，属于浅层滑坡。安全稳定系数为1.037 5，处于欠稳定状态[3]。由图5可知，塑性变形区位于土岩结合面坡脚处，此处即为滑坡潜在滑动面，与图4位移变形区相对应。以上分析结果可见，在自重应力作用下边坡的稳定性与勘查期间初判结果相一致。

图4 XY向位移图

图5 滑动面图

3 预应力锚杆加固滑坡

3.1 预应力锚杆施加

根据滑坡在自重应力下分析结果，对滑动土体采取预应力锚杆加固措施，由于滑动带埋藏于土岩结合面处，故锚杆应穿越该层，锚固于稳定基岩内。锚杆采用HRB335Φ32 mm钢筋，抗拉强度为280 MPa，长8 m，锚固段长2 m，平均间距4 m，方向垂直坡面，梅花形布置，坡面采用C25混凝土格构[6]。对模型锚杆施加预应力及坡面锚固力，见图6。

3.2 预应力下边坡稳定性分析

位移分析结果如图7所示。可以看出，采用预应力锚杆后边坡的安全稳定系数由原来的1.037 5增加到了1.437 5，滑坡处于稳定状态。

原滑动变形区域由于锚杆作用已基本处于稳定状态，最大位移处仅发生在坡脚处。锚杆滑动面如图8所示。可以看出，在预应力锚杆的作用下，原滑动带已经不再产生滑动，滑体处于稳定状态。从以上分析可见，对于该滑坡可以采用预应力锚杆加固滑动体。

Application of Midas/GTS in Landslide Stability Analysis and Control

Liu Liang1,Lang Kun2,Li Xiaolu1
（1.Qinhuangdao Team of Mineral and Hydrogeology and Engineering Geology,Hebei Bureau of Geoexploration,Qinhuangdao Hebei 066000,China；2.Qinhuangdao Runqin Real Estate Development Co., Ltd.,Qinhuangdao Hebei 066000,China）

Using the Midas/GTS numerical simulation software to select the most unfavorable twodimensional landslide profile for modeling,with strength reduction theory analyzed landslide stability under natural state,calculated landslide of maximum shear strain and maximum shear stress,sliding surface and safety factors.Then using Midas/GTS anchor modeling assistant established the sliding body and prestressed anchor reinforcement，analyzed landslide stability after reinforcement.The results showed that prestressed anchor rod greatly improved the safety factor of landslide.

landslide stability；prestressed anchor；numerical simulation

P642.22

A

1008-813X（2015）02-0044-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.02.13

2015-01-27

刘亮（1987-），男，辽宁沈阳人，毕业于辽宁工程技术大学地质工程专业，硕士研究生，助理工程师，主要从事环境地质方面的研究工作。

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.02.14