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FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine7.3典型工程实例图7-3DH1三维地表形态中级滑坡目前处在不稳定状态，浅层滑带变形最为明显。中层、深层滑带则受工程地质条件的改变而被牵动变形，处在蠕动挤压的变形阶段。中级滑坡三层滑带的剪出口都在分余公路和高速公路一带，挤压和剪出迹象尚不明显，但在路基开挖施工中会随之出现急剧滑动。浅层滑体的滑带由于开挖边坡的影响而已贯通发育，滑体处在挤压变形的不稳定状态，遇大雨或暴雨有随时滑动的危险。中级滑坡的中层滑带在分余公路内侧埋深为16～21m，深层滑带埋深则为25～30m，这两层滑带的主滑地段已逐渐处于蠕动变形阶段，其前缘部分的变形情况在SK13#与SK15#探井中有明显反映，这说明在降雨、地表水、地下水及工程活动的影响下，中层、深层滑带受到牵动而变形滑动。边坡面后级滑体中级滑体浅层滑体开挖范围边坡面边坡面FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine此外，在高速公路里程K34+580~+700地段的分余公路右侧出露厚层块状砂岩体（J2XS）,岩层厚度为30～40米，倾向北西，倾角73°。该砂岩体的存在实际上不但起到阻挡滑坡体的下滑，而且也由此将中级滑坡体前部分成东块和西块两沟槽型滑体，同时由于砂岩岩体向梁平方向倾伏，因此西块沟槽深于东块，即西块滑体厚度大于东块。前级滑坡受到前缘两山梁由宽变窄的夹持影响，坡面形态在平面上呈现倒“V”型，受滑体东侧南北向分布的基岩梁的限制，老滑坡堆积物在东侧收敛，而在西侧呈撒开状，整个坡体形态陡缓变化较简单，地面坡度稍陡于中级滑坡，其平均坡度为20°~30°，地形未出现反翘。前级滑坡的变形主要反映在西侧前缘有局部变形外，整体未见明显变形迹象。7.3.2数值计算法预测边坡病害在工程进行之前，对边坡的变形特征及病害发展规律进行准确预测，对于保证工程安全，指导支护设计无疑具有重要的意义。本节在前述地质调查的基础上，建立准确反映研究区坡体结构的计算模型，然后模拟施工开挖，预测DH1滑坡区的病害特征。7.3.2.1计算模型（1）实体模型地质调查分析已经表明，DH1滑坡中，最危险的部位是中级滑坡的深层滑体，该滑体包含浅层、中层滑体，路堑边坡开挖了整个深层滑坡的前缘部分，致使其滑面完全出露，有可能在工程中失稳，是边坡施工病害预测的重点。并考虑到计算条件等因素，确定以DH1滑坡的中级深层滑体作为计算模型，实体模型及滑体、开挖体形态如图7-5所示。整个模型x方向长300m，y方向宽235m，z方向高205m，开挖方量13829m3，开挖后滑体方量222913m3。（2）计算模型采用四面体网格离散计算模型，将计算区域离散为89987个单元和16692个节点。根据地质分析判断，路堑边坡开挖后最大的可能失稳范围不超过深层滑体所界定的范围，因此将深层滑体作为重点分析对象，重点分析深层滑体的病害发展规律，对其网格划分较密，深层滑体划分为62478个单元，包含12373个节点。划分网格后的计算模型如图7-6所示。FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine（a）坡体模型（b）滑体和开挖体形态图7-5实体模型图7-6划分网格后的计算模型（3）计算模型及参数深层滑体采用统计损伤本构模型，计算参数为：弹性模量E＝80Mpa，泊松比μ＝0.3，重度γ＝19.0kN/m3，凝聚力C＝40kPa，抗拉强度T＝40kPa，内摩擦角Ф＝25°，MPaF350=、0.3=m、98.0=nc，03~Fσ关系：3085.23.12σ+=F。除深层滑体外的边坡体及开挖体采用一般的Mohr-Coulomb材料，其中：FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine开挖体：弹性模量E＝80Mpa，泊松比μ＝0.3，重度γ＝19.0kN/m3，凝聚力C＝60kPa，抗拉强度T＝40kPa，内摩擦角Ф＝20°。边坡体：弹性模量E＝500Mpa，泊松比μ＝0.25，重度γ＝20.0kN/m3，凝聚力C＝120kPa，抗拉强度T＝80kPa，内摩擦角Ф＝28°。7.3.2.2计算结果（1）滑面位置分析为准确判断滑面的具体位置，在坡体内设置8条截面，分别在x和y两个方向上截取位移剖面，剖面线的位置如图7-7所示。图7-8示出了各剖面上位移大于0.2m的等值线，由图可见，尽管滑体最大位移已达40m以上，但所有发生位移的区域基本上均局限在中层滑体的上层滑体内，中层滑体和边坡体的其余部位位移均为零。并且0.2～1m位移范围内等高线最为密集，表明在有限范围内位移增长极为迅速，为位移的转折部位，若以该部位作为滑面（滑带），则确定的滑体范围如图7-9所示，滑带形态如图7-10所示。（2）安全系数计算根据确定点安全度的方法计算了滑带在不同计算时步的点安全度，计算结果如图7-11所示。在开挖后瞬时（图7-11（a）），整个滑面单元的点安全度均较高，滑带下部（指图7-11中相对位置，以下同）开挖面处以及中部的大片区域点安全度均在3.5以上（图中红色区域），仅滑带顶部和左下部局部区域的点安全度小于1，点安全度等值线的分布规律反映了整个滑带的稳定性状态，表明在未开挖前，本滑坡的破坏模式整体上属于推动式，滑带上部稳定性较小，下部稳定性较好，上部滑体推动下部滑体失稳下滑。开挖后，随着计算步的增加，坡体应力不断调整，滑带上各单元的点安全度不断降低，尤其是在最初的3000计算步内，滑带单元点安全度降低最快，如图7-11（b）所示，除滑带中部区域点安全度仍大于3.5以外，周围大片区域的点安全度均小于1.0，表明滑坡已经从周围开始破坏，逐渐演变成整体下滑趋势。以后随计算步的增加，点安全度小于1的区域逐渐从周围向中心扩展，点安全度大于3.5的区域越来越小，滑坡逐渐加剧失稳下滑。至计算终止时（图7-11（d）），滑带上这种点安全度的分布规律没有改变（即滑面点安全度中间大边缘小），但滑带上点安全度小于1的区域已经FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine占绝对优势，中部零零星星的区域点安全度仍较高，此时滑带已经全部失稳，滑体整体下滑。图7-11滑面上点安全度的演变规律和一般现场所观察到的滑坡演变宏观变形迹象是吻合的，即滑坡体的失稳下滑，首先从后缘拉裂开始，然后演变为边缘开裂破坏，逐渐形成滑坡的周界，但此时滑坡并不一定整体失稳下滑，这是由于滑面中部（底部）的点安全度仍较高，此时若不进行抗滑整治，最终会演变为滑坡整体失稳下滑。因此，边缘（周边）出现裂缝和变形迹象，是滑坡体已经形成的征兆。这时滑面边缘的点安全度已经很低了，但由于滑面中部的点安全度仍旧较高，滑体的整体稳定性仍可以得到暂时保证，必须采取抗滑整治措施。上述滑面点安全度出现逐渐演变和降低的根本原因是由于滑体前部开挖，造成坡体内应力的调整，滑体内出现塑性破坏，进而造成坡体材料的损伤。这种损伤从滑体中部开始，逐渐扩展到坡体表面，只是由于坡体表面（浅层）本身应力较低的原因，其点安全度才降低很快。由于坡体几何形态的限制，坡体内应力损伤的范围有限，限制在最终形成的失稳滑体范围内。上述计算结果预测了滑坡体病害发展的最终空间范围，明晰了滑面的具体位置和最终形成滑体的空间形态，不仅如此，还对滑面上各质点的点安全度演变规律进行了预测分析，这对于滑坡病害防护中最为关心的病害范围和病害程度两个核心问题均作出了回答，可以直接利用预测结果指导病害防护工程设计。对于DH1滑坡而言，预测结果表明，滑坡在开挖后即病害加剧，最终会导致滑坡整体失稳下滑，为保证工程的安全性，在实际工程中，首先对滑坡体在可能失稳范围内进行预应力锚索抗滑桩和预应力锚索框架联合预加固处理，再进行工程开挖。有效的防治了工程开挖导致的坡体材料损伤，保证了滑坡的安全性。FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine图7-7剖面线位置（a）Y1剖面（b）Y2剖面FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine（c）Y3剖面（d）Y4剖面（e）X1剖面（f）X2剖面（g）X3剖面（h）X4剖面图7-8各剖面位移等值线（和位移0.2m）FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine图7-9位移大于0.2m的滑体范围图7-10滑带形态（a）开挖后瞬间（b）开挖后3000步FLAC3D玩家宝典之实例卷（一）Sunshine（c）开挖后6000步（d）计算终止时图7-11各计算步的滑面单元安全度演变