绿春县松东河填土边坡的稳定性分析

高伏芳，徐世光，屠水云，陈玉波

（1.云南南方地勘工程有限公司，云南 大理 671000；2.昆明理工大学 公共安全与应急管理学院，云南 昆明 650093；3.云南地矿工程勘察集团公司，云南 昆明 650032）

随着科技的进步，西部高原地区的自然地质灾害得到了科学分析与防治。其中，填方边坡[1]问题尤为突出。填方边坡物质组成复杂，结构松散，块石分布不均，透水性强，粒间接合力弱，其岩土体物理力学性质和一般边坡有所不同。国内目前对填方边坡稳定性及变形破坏[2、3]的研究，主要集中在两个方面：—是填土参数、压实度[4]、填方形态、施工工艺等对填方边坡稳定性的影响；二是在考虑降雨[4-6]、地下水和地震等的条件下填方边坡的稳定性。本文以绿春县松东河的填方边坡为例，从二维[1]角度分析填方边坡的稳定性。

1 工程背景

研究区位于绿春县城以西约3km 处，占地面积1.56平方公里。地处松东河上游，地势东高西低，三面环山。松东河向东延伸进入研究区后分为3 条支沟（G1、G2、G3）呈树枝状发育，沟谷下切侧蚀强烈。地层岩性为灰、深灰色漂卵石、砂砾石，其间夹粗砂、粉砂层。沟水暴涨暴落，平均流量0.5～0.8m3/s，暴雨季流量可增至数十倍。

填土边坡共为17 级，总高79m，每级坡高5m，坡比1:2.5，每级坡之间设置4m 宽马道，中部设置三个20m 宽平台。场地内填方边坡位于G1 支沟槽内，共有14 级，总高90m，每级坡高6m，坡比1:1.5，边坡之间为50m 宽的平台，呈北西南东走向。

2 分析方法及参数选取

2.1 分析方法

2.1.1 Flac3D

本次填方边坡稳定性分析采用数值模拟方法进行，采用二维快速拉格朗日法[7、8]进行。采用了显式有限差分格式来求解控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有独到的优点。

2.1.2 极限平衡法

极限平衡法[9、10]填方平台的不同坡比稳定性验算，采用理正软件进行，它可以对岩土工程的内力、变形、稳定性等多种方面进行准确分析。假设潜在滑面，将假设滑坡体划分成若干条块，建立力矩平衡，给出抗滑力(力矩)与下滑力(力矩)的关系式求出安全系数。

2.2 参数的选取

经过分析边坡各个因素情况，本次评价计算选用两种工况来分别研究：

①天然状态工况；②持续暴雨状态工况。

本次计算所需要的物理力学参数的选取采用室内、外及时模拟及填方压实试验，具体取值如（表1、2）。

表1 天然状态岩土层物理力学参数

表2 饱和状态岩土层物理力学参数

3 模拟及验证分析

3.1 Flac3D 二维剖面稳定性分析

剖面位置见图1，1-1 剖面，方向71°，模型宽度600，底部高程1424m 起，如（图1）。

图1 挖填方各剖面位置示意图

3.1.1 松东河填方平台稳定性分析

天然状态下松东河填方边坡的最大位移量集中在边坡后缘为4.5—4.9mm，只在边坡后缘有局部应力集中现象，天然状态下松东河填方边坡整体较稳，如（图2、3）。

图2 填方边坡天然状态最大位移量云图

图3 松东河填方降雨状态最大位移量云图

降雨状态下的最大位移量为3—3.5cm，且最大位移量集中在松东河填方边坡1624 大平台的位置。

降雨影响下剪应变增量较大区域出现在松东河填方边坡后缘。剪应变越大说明越容易破坏，即边坡中后缘为危险部位，此区域较容易发生剪切破坏，即潜在边坡失稳滑动面位置，在此沿滑动面以上岩土体都有可能出现滑移。

3.1.2 场地内填方边坡

3.1.2.1 天然状态下的场地内填方边坡：

天然状态下场地内填方边坡的最大位移量集中在边坡后缘为2.25—2.27mm。边坡后缘部分平台出现应力集中，如（图4）。

图4 场地内边坡天然状态最大位移量云图

3.1.2.2 降雨状态下的松东河场内填方边坡：

边坡主要为压应力，只在填方平台中上部至后缘地带出现了局部拉应力集中，最大位移量为5.5—5.85cm，且最大位移量集中在场地内填方边坡后缘，如（图5）。

图5 场地内边坡降雨状态最大位移量云图

3.2 极限平衡法的验算

本次运用理正进行验算，指定出相应的滑面，据（表1、2）地层相关物理力学指标计算可知：

（1）天然工况下松东河填方边坡与场地内填方边坡的稳定性系数为1.159、1.203，处于稳定状态，如(图6、7)。

图6 松东河边坡天然工况稳定系数

图7 场地内边坡天然工况稳定系数

（2）暴雨工况下松东河填方边坡的稳定性系数为1.077，处于基本稳定状态；场地内填方边坡的稳定性系数为1.004，处于欠稳定状态，如（图8、9）。

图8 松东河边坡降雨工况稳定系数

图9 场地内边坡降雨工况稳定系数

4 稳定性分析结果

在天然状态下填方边坡整体呈稳定状态；而在持续暴雨工况下填方边坡为基本稳定和欠稳定状态，见(表3）。

表3 滑坡稳定性计算结果表

5 结论

本文以绿春县松东河为例，采用极限平衡和数值模拟分析相互验证的手段对研究区进行稳定性研究，得出以下结论：

（1）通过Flac3D 三维的分析，填土对斜坡的衔接部位和场内填方边坡后缘稳定性影响大。

（2）在Flac3D 二维1-1 剖面分析中，暴雨状态工况下松东河填方边坡和场内填方边坡的位移量从毫米级达到了厘米级。

（3）极限平衡法验证了暴雨状态工况下，边坡处于欠稳定状态，和数值模拟有效吻合，边坡可能会出现失稳状况。