路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析.pdf

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报１００４－９６６５／２０１５／２３（３）０４３８１０ＤＯＩ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１５．０３．０１０路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析①①②①②①②王浩孙木子马新凯廖小平林一夫吴志刚（①福州大学环境与资源学院资源与城乡建设系福州３５０１１６）（②中铁西北科学研究院有限公司福建分公司福州３５０００２）摘要永宁高速公路Ｋ１１７滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖２级形成的路堑边坡，开挖后产生典型平面滑动，在中部滑床形成长约２５ｍ的滑动槽，产生最远达３５ｍ的远程滑距，其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上，采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动，以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟，再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律；分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征，论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理，最后提出了预测及治理该类滑坡的６点建议。研究表明，在单斜地层开挖路堑，使顺倾向软弱结构面临空暴露时，可能诱发边坡整体卸荷松弛，产生较大的不平衡滑坡推力，而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感，不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面，伴随势能向动能的转化，产生高速远程滑动。关键词路堑边坡平面滑动远程滑动节理有限元法强度折减法中图分类号：Ｐ６４１文献标识码：ＡＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＡＮＤＡＮＡＬＩＳＩＳＯＦＳＬＩＤＩＮＧＥＶＯＬＵＴＩＯＮＰＲＯＣＥＳＳＡＮＤＬＯＮＧＲＵＮＯＵＴＳＬＩＤＩＮＧＭＥＣＨＡＮＩＳＭＦＯＲＰＬＡＮＥＳＬＩＤＩＮＧＯＦＣＵＴＴＩＮＧＳＬＯＰＥ①①②①②①②ＷＡＮＧＨａｏＳＵＮＭｕｚｉＭＡＸｉｎｋａｉＬＩＡＯＸｉａｏｐｉｎｇＬＩＮＹｉｆｕＷＵＺｈｉｇａｎｇ（①ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６）（②ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｕｊｉａｎｂｒａｎｃｈ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２）ＡｂｓｔｒａｃｔＫ１１７ｌａｎｄｓｌｉｄｅｏｆＹｏｎｇＮｉｎｇｈｉｇｈｗａｙｉｓａｃｕｔｔｉｎｇｓｌｏｐｅｗｉｔｈｔｗｏｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓｉｎａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓｓｉｌｔｓｔｏｎｅｏｆｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｉｓｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｓｃｏｍｐｌｅｘｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｔｈｅｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｐｌａｎｅｓｌｉｄｉｎｇａｓｆａｒａｓ３５ｍａｎｄｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｐｉｔａｓｌｏｎｇａｓ２５ｍｏｎｓｌｉｄｅｂｅｄｗｈｅｎｅｘｃａｖａｔｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｔｏｉｔｓｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｊｏｉｎｔｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｔｓｓｌｉｄｅｏｆｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓａｎｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅａｐｐｅａｒｓｔｈｅｗｈｏｌｅｇｅｓｔａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｖｉｎｇｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｌａｎｅｓｌｉｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅ书收稿日期：２０１４－０７－３０；收到修改稿日期：２０１４－１０－０８．基金项目：国家自然科学基金（４１００２１２７），福建省自然科学基金（２０１３Ｊ０１１５９），交通运输部建设科技项目（２０１３３１８４９Ａ１３０），福建省交通科技项目（２０１２４２）资助．第一作者简介：王浩（１９７８－），男，博士，副教授，从事工程地质与岩土工程方面的教学与研究工作．Ｅｍａｉｌ：ｈ＿ｗａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ ２３（３）王浩等：路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析４３９ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ．Ｎｅｘｔ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｓｌｉｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｄｕｃｅｄｂｙｅｘｃａｖａｔｉｎｇｒｅｌａｘａｔｉｏｎａｎｄｆｉｌｌｉｎｇｗａｔｅｒｗｉｔｈｉｎｆｉｓｓｕｒｅ．Ｌａｓｔｌｙ，ｉｔｐｒｏｐｏｓｅｓｓｉｘｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｔｏｐｒｅｄｉｃｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｉｓｌａｎｄｓｌｉｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｅａｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｌａｎｅｓｉｎｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃｌａｙｅｒｉｓｅｘｐｏｓｅｄｏｎｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅａｆｔｅｒｅｘｃａｖａｔｉｎｇ，ｉｔｃａｎａｃｔｉｖａｔｅｕｎｌｏａｄｉｎｇｒｅｌａｘａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｌｏｐｅａｎｄｃａｕｓｅｔｈｅｇｒｅａｔｉｍｂａｌａｎｃｅｔｈｒｕｓｔｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｓｖｅｒｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｒａｉｎｆａｌｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｅｔｃｈｅｄｃｒａｃｋｓ．Ｄｕｅｔｏｃｈａｎｇｅｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｔｏｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ，ｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｃａｎｂｅｃｕｔｏｆｆｒａｐｉｄｌｙｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｉｍｂａｌａｎｃｅｔｈｒｕｓｔａｎｄｆｉｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｎｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｓｌｉｄｉｎｇ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＣｕｔｔｉｎｇｓｌｏｐｅ，Ｐｌａｎｅｓｌｉｄｉｎｇ，Ｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｓｌｉｄｅ，Ｊｏｉｎｔｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，Ｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ体作用机制仍有待深入研究。０引言永宁高速公路Ｋ１１７滑坡原为泥质粉砂岩单斜地层内开挖２级形成的路堑边坡，开挖后产生平面平面滑动是岩质边坡失稳的４种基本模式之滑动，在中部滑床形成长约２５ｍ的滑动槽，后部变一，但由于产生平面滑动所需要的全部几何条件在形牵引至山顶后方最远约１９０ｍ，最大滑距达３５ｍ，实际边坡中仅是偶尔存在，因此在山区公路边坡工成为典型的平面滑动案例，其变形演化过程及远程程实践中严格的平面破坏是比较少见的，而更多是滑动机制值得深入研究。与其他变形模式组合形成复合滑面，产生常见的顺本文采用节理有限单元法对该边坡经路堑开挖层滑坡，也偶有此类斜坡在开挖、降雨等触发因素下导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌及滑产生远程滑动的报道（孙玉科等，１９８８；冷景岩，塌后壁残留滑体牵引松动变形的全过程进行数值模２００５），对边坡工程安全造成极大威胁，受到业内学拟，探讨其远程滑动机制，提出该类滑坡灾害预测及者广泛关注。治理的依据，以供类似工程参考。Ｈｏｅｋｅｔａｌ．（１９８３）系统论述了平面滑动的基本特征、产生条件及计算方法，并讨论了地下水对其稳１滑坡工程概况定性的影响规律；张倬元等（１９９４）研究提出相应的滑移－拉裂破坏机制，并指出此类滑体有一系列与１１滑坡工程地质模型滑面直接连通的拉裂缝，因而对降水十分敏感；晏该滑坡位于福建省宁化县石壁镇永宁高速公路同珍等（２０００）提出此类滑坡的应力释放平移滑坡Ｋ１１６＋９４０～Ｋ１１７＋１４０段路基右侧，高速公路从一机理；吴永等（２０１１）以极限分析上限定理为基础，单斜地层的丘陵山包前部切坡通过（图１）。场地从能量角度定量研究了裂缝水对震后岩质坡体稳定基岩裸露，植被不发育，自然坡度１０°～２０°。斜坡地性的影响。冯文凯等（２００４）、冯君等（２００５ａ，层结构（图２），地表为３～５ｍ碎块状强风化泥质粉２００５ｂ）采用模型试验方法研究了顺层岩质边坡变砂岩，泥质胶结，节理裂隙发育；下部为中风化泥质形破坏过程；李龙起等（２０１３）开展了不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究。许建聪等粉砂岩，层理倾角１５°～１８°，裂隙较不发育，岩心多（２００５）、冯君等（２００５）、曹琰波等（２０１１）和张龙等呈柱状，局部泥质含量高，形成相对隔水层，具备软（２０１２）分别采用有限元、ＦＬＡＣ３Ｄ、ＵＤＥＣ、ＰＦＣ３Ｄ等计弱夹层特征。地下水以基岩裂隙水为主，水位埋深算软件对岩质边坡平面滑动机理及典型滑坡案例的变幅约１０～２０ｍ，受降雨影响具有明显的季节特征。演化过程开展数值模拟研究。孙玉科等（１９８８）研１２滑坡变形演化过程及特征究总结了塘岩光顺层滑坡的高速滑动机理；廖小平等（１９９３）以洒勒山滑坡为例，提出高速滑坡“四段１２１路堑开挖高位坍滑式”发生机理以解释其远程滑动机制。研究表明顺该边坡原设计为２级坡面，坡率为１!１０，在完倾向弱面是平面滑动形成的地质基础，开挖卸荷松成刷方后，受２０１０年“６·１８”特大暴雨影响，边坡发弛是其变形破坏的触发因素，而松动裂隙内水的作生小规模顺层坍滑，坍滑体依附层面在第１级坡面用可能是其远程滑动的原因。但是，开挖及水的具上部滑出，堆坍于坡脚，滑床裸露，形成厚度约４ｍ， ４４０ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１５１２２变更刷方远程滑动路堑坍滑发生后，设计变更方案对坍滑体进行了较大范围的清刷，在坡脚水沟内侧向里推进１４ｍ留作碎落平台，形成总高约２５ｍ的３级路堑边坡，坡率为１!１０～１!１２５，并增设锚索框架加固。２０１１年２月，坡脚碎落平台刷方完成后，边坡整体下滑，４３开挖坡面后部纵长约２５ｍ、总体积约２８×１０ｍ的岩土体产生最大滑距达３５ｍ的远程滑动，形成２５ｍ长的大拉槽，滑床裸露。滑塌体堆积于公路右幅线路，滑体后部形成高约２５ｍ的高陡临空面，在距线路中线８５ｍ的山体处出现贯通性张拉裂缝，山坡上设置的３个深孔位移监测孔，两个随坡体滑移坍塌，图１Ｋ１１７滑坡平面分布图一个在１５５ｍ深度处剪断（图４，图５）。Ｆｉｇ．１ＰｌａｎｅｇｒａｐｈｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅｆａｃｔｏｒｓｆｏｒＫ１１７ｌａｎｄｓｌｉｄｅ１２３残留滑体牵引松动２０１１年３月，陡坎后部的残留滑体再次变形，纵长约１２ｍ的滑槽（图３）。图２Ｋ１１７滑坡工程地质模型Ｆｉｇ．２ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆＫ１１７ｌａｎｄｓｌｉｄｅ图３路堑开挖高位坍滑示意图Ｆｉｇ．３Ｃｏｌｌａｐｓｅｄｏｎｈｉｇｈｐｏｓｉｔｉｏｎａｆｔｅｒｆｉｒｓｔｅｘｃａｖａｔｉｎｇ图４变更刷方远程滑动示意图Ｆｉｇ．４Ｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｓｌｉｄｉｎｇａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ２３（３）王浩等：路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析４４１图７Ｋ１１７滑坡数值计算模型Ｆｉｇ．７ＮｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＫ１１７ｌａｎｄｓｌｉｄｅ表１滑动面力学参数表Ｔａｂｌｅ１Ｍｅｃｈａｎｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ法向刚度切向刚度滑动面ｃ／ｋＰａφ／（°）－１－１图５边坡远程滑动形成的滑动槽（镜头自陡坎向下）／ＭＰａ·ｍ／ＭＰａ·ｍＦｉｇ．５Ｓｌｉｄｉｎｇｐｉｔａｐｐｅａｒｓａｆｔｅｒｌｏｎｇｒｕｎｏｕｔｓｌｉｄｉｎｇ张拉段０１５１０００００５０００主滑段１５１３１０００００５０００在距线路中心线约１９１ｍ处山顶反坡位置出现张拉抗滑段１６１５１０００００５０００裂缝，最大宽度０．３ｍ，错台０．２ｍ，裂缝基本贯通，严重影响路基及坡顶移动通讯基站安全。为处理该滑表２岩体物理力学参数表坡，经方案比选论证后，进行刷方卸载回填，并结合Ｔａｂｌｅ２Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓ坡脚挡墙和后部山体锚索加固处理（图６）。重度γ抗剪强度参数弹性模量泊松比抗拉强度地层－３／ｋＰａ／ｋＮ·ｍｃ／ｋＰａφ／（°）Ｅ／ＭＰａμσｔ２滑坡演化过程模拟强风化泥２２６６２７．３８０００．３－３．９质粉砂岩中风化泥２２５４４０４６．２８００００．２５－１８３．８为研究该滑坡变形机理，采用Ｐｈａｓｅ程序的节质粉砂岩理有限元强度折减法，开展其滑动过程反演的数值模拟研究。首先建立有限元计算模型（图７），分３２１路堑开挖高位坍滑模拟步开挖模拟上文所述３个典型工况。首先，计算自重条件下原始斜坡的初始应力场，由于该滑坡滑动界面及滑动机理清晰，按滑动强度折减法计算其稳定系数Ｆｓ＝１２６，边坡处于稳各块体空间力学特征，将滑面分为张拉段、主滑段和定状态。然后，按初始设计方案，开挖两级路堑边抗滑段，在现场调查及经验评估基础上，采用滑坡稳坡，研究开挖后应力调整及变形演化规律。定度反分析方法确定滑动面力学参数，结果与采用采用王浩等（２００７）提出的最大主应力增量（定极限平衡法反算指标一致性较好（表１）。岩体采义为边坡开挖前后应力张量之增量的最大主应力分用摩尔－库仑模型，基于补勘岩心现场试验及地质量）来研究其开挖卸荷松弛规律，给出该路堑开挖力学强度ＧＳＩ指标综合评判，经ＨｏｅｋＢｒｏｗｎ强度准后的Δσ１分布云图（图８）。边坡开挖后，坡脚的水则评估后得到（表２）。平力学支撑解除，软弱结构面临空暴露，开挖面附近图６滑坡卸载反压及支挡加固示意图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ ４４２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１５图８开挖后最大主应力增量Δσ分布图１Ｆｉｇ．８ＤｉａｇｒａｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｍａ１ａｆｔｅｒｆｉｒｓｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎ图９开挖后总位移分布图Ｆｉｇ．９Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｏｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｆｔｅｒｆｉｒｓｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎ图１０变更刷方后最大主应力增量Δσ分布图１Ｆｉｇ．１０ＤｉａｇｒａｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｍａ１ａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎ岩体应力急剧调整，形成应力松弛区（最大主应力学特征相吻合，较好地解释了边坡当前稳定状态与增量为负值），其内侧为应力集聚区（最大主应力增变形破坏机制。量为正值），两区之间大体以软弱结构面为界。应２２变更刷方远程滑塌模拟力调整导致相应结构面塑性屈服（结构面显示为红＃色，此时岩体仅１张裂缝后局部出现拉张屈服），特模拟变更设计的坍滑体清刷方案，向坡体内侧＃别是１张裂缝与其下部的缓倾层面构成完全贯通推进１４ｍ，开挖形成３级路堑边坡，整理计算成果的高位坍滑变形机构，产生整体水平变形（图９）。（图１０和图１１）。从图９可以看出，边坡沿顺倾层面产生较大范围的清刷坡面后，深部的软弱层面充分暴露，坡脚力卸荷松动，变形量值自开挖面向后山依次递减，具有学支撑进一步削弱，开挖坡体应力调整加剧，应力松明显的牵引变形特征，呈现高位坍滑破坏现象。此弛区范围明显扩大，与应力集聚区一起依附顺倾层时，强度折减法评估边坡稳定系数Ｆｓ＝１０１，为极限面向坡体内侧转移。应力调整导致结构面塑性屈服平衡状态，与应力调整、结构面屈服和变形破坏等力范围扩展（结构面显示为红色，此时岩体未见屈 ２３（３）王浩等：路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析４４３图１１变更刷方后总位移分布图Ｆｉｇ．１１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｏｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎ图１２残留滑体最大主应力增量Δσ分布图１Ｆｉｇ．１２ＤｉａｇｒａｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｍａ１ｆｏｒｒｅｓｉｄｕａｌｓｌｉｄｉｎｇｍａｓｓ图１３残留滑体总位移图Ｆｉｇ．１３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｏｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｏｒｒｅｓｉｄｕａｌｓｌｉｄｉｎｇｍａｓｓ＃滑体的稳定性，整理出计算成果（图１２，图１３）。服），２张裂缝与缓倾层面屈服连通形成顺层滑动变形机构，产生顺层滑坡（图１１），并牵引后部山体滑体远程滑动后，滑坡前缘抗滑段的作用彻底卸荷松动（此时３＃、４＃裂缝均局部拉张屈服，但未与消失，滑床完全裸露，开挖松弛区逐渐扩大，残留的顺倾层面连通）。采用强度折减法评估边坡稳定系滑体继续调整其应力状态，以发挥滑面岩土的力学＃数Ｆ＝０９５，为不稳定状态，体现开挖后边坡稳定性强度，导致结构面塑性屈服范围进一步扩展。３张ｓ裂缝与顺倾层面连通，牵引后部山体逐步松动变形。骤降，而且滑动块体具有较大的不平衡力，可以解释坡体在短时间内迅速启动变形，并产生远程滑塌的采用强度折减法评估残留滑体的稳定系数Ｆｓ＝１０１，为极限平衡状态，与残留滑体的变形特征及稳力学机理。定状态较吻合。２３残留滑体牵引松动模拟将滑动体移除，模拟研究远程滑动发生后残留 ４４４ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１５２４滑坡卸载及支挡锚固模拟３高速远程滑动机制分析为治理该滑坡，并防止残余滑体的连锁变形破坏，实施了“刷方回填、坡脚支挡及坡体锚固”的综３１平面滑动机构分析合治理方案，对卸载、支挡反压和锚索加固等关键治对照Ｈｏｅｋｅｔａｌ．（１９８３）提出的单一平面滑动须理步骤进行计算评估，整理其成果（图１４）。满足的几何条件，绘制该滑坡各特征界面产状的赤首先，在坡顶进行卸载刷方，卸载后其潜在破坏平投影（图１５）。＃机制仍为３张裂缝之前的局部块体滑动，但整体稳本段公路走向约２３２°，右侧路堑边坡倾向为定度提高至１３，效果明显。同时，在坡脚设置挡１４２°，顺倾滑动层面产状为１３６°∠１５°～１８°，两者走墙，将刷方后的土体回填至滑床上的大拉槽段，夯填向仅偏差６°。路堑开挖后，顺倾层面在坡面出露，后恢复坡脚的支撑作用；由于回填反压段限制了后变形在穿通边坡的凸出的“鼻部”的破坏平面上发部坡体的变形，使滑坡位移场呈现“两头小、中间生（Ｈｏｅｋｅｔａｌ．，１９８３），逐步与竖向拉张裂隙连通，大”的挤压分布规律，边坡稳定度提高至１４６。最并最终牵引延伸至坡顶反坡段，产生典型的平面滑后在后部坡体清刷的坡面上设置锚索框架加固，使动破坏。边坡整体稳定度提高到１６１。图１４Ｋ１１７滑坡治理方案模拟计算图Ｆｉｇ．１４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｆｏｒＫ１１７ｌａｎｄｓｌｉｄｅａ．刷方减重；ｂ．刷方减重＋回填反压＋抗滑挡墙；ｃ．刷方减重＋回填反压＋抗滑挡墙＋锚索框架 ２３（３）王浩等：路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析４４５Ｋ１１７滑坡第１次路堑开挖后，由于切断了坡脚力学支撑，使软弱结构面临空暴露，破坏了山体的应力平衡，但是其卸荷松弛效应之强烈却始料不及。第２次变更设计向山体内侧刷方，虽然清除了既有变形体，却使深层的潜在滑面充分暴露，再次削弱了坡脚的力学支撑，边坡稳定系数Ｆｓ骤降为０９５，滑面蠕滑致拉张裂缝迅速形成，诱发了雨水沿松动裂隙的入渗，进一步降低了边坡的整体稳定度。最终，滑体突然承受较大的不平衡力，迅速剪断滑面，伴随图１５平面滑动机构赤平投影分析图Ｆｉｇ．１５Ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｆｏｒｐｌａｎｅｓｌｉｄｉｎｇ势能向动能的转化，产生远程滑动。３４裂隙充水致滑机理分析３２滑动面物理力学特征Ｈｏｅｋｅｔａｌ．（１９８３）和晏同珍等（２０００）均提出滑滑坡远程滑动后，滑动面在滑床拉槽段充分暴坡稳定性与拉张裂缝的充水条件极为敏感。本节对＃露（图１６）。调查发现滑动面具有以下特征：（１）滑该滑坡第２道主要张裂缝（２裂缝）及底滑面充水条面极光滑，擦痕较明显；（２）滑动层面两壁呈微张状件下边坡稳定性模拟计算，并统计结果（图１７）。态，接触较紧密，几乎没有软弱介质充填；（３）滑面两壁的岩体较完整致密；（４）暴露的滑面渗水现象较明显。滑动面的上述特征表明其具有脆性剪切破坏性质，是突然启动远程滑动的地质力学基础。＃图１７２裂缝充水高度与稳定系数关系曲线Ｆｉｇ．１７Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｗａｔｅｒｈｅｉｇｈｔｉｎｔｈｅ２ｔｈｃｒａｃｋａｎｄｓｔａｂｌｉｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ在短时降雨条件下，由于后缘拉张裂缝较窄，地图１６滑动槽上暴露的光滑的滑动面表水径流入渗可在短期内形成较高的水头，边坡稳Ｆｉｇ．１６Ｓｍｏｏｔｈｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｅｘｐｏｓｅｄｏｎｓｌｉｄｉｎｇｐｉｔ定系数Ｆｓ从０９５迅速降低至０８４，显示竖向张裂隙充水对远程滑动的发生贡献不容忽视。３３开挖松弛致滑机理分析随着降雨时程的增加，后缘张裂缝中的水依附晏同珍等（２０００）提出平移型滑坡的产生是由底滑面逐步渗透，在持续降雨条件下，底滑面的裂隙于河流侵蚀或人工开挖，使坡体内构造残余应力释内可产生明显的浮托力作用，使边坡稳定系数Ｆｓ骤放，诱发坡体沿软弱结构面平移剪切滑动。对于降至０６３，进一步阐明了裂隙充水致滑的作用机Ｋ１１７滑坡这样的近地表路堑边坡开挖，构造残余应理。力影响较小，但其变形破坏的力学机理却类似。王在完成滑坡治理后，对残留滑体第２＃、３＃裂缝充浩等（２００７）明确指出开挖卸荷诱发开挖面附近坡水条件变化时的斜坡稳定性进行计算评价体应力急剧调整，导致岩土体卸荷回弹、裂面张开与（图１８）。扩展、岩土体松动变形，形成局部剪切带，或沿软弱由于支挡反压及预应力锚固作用，当仅为竖向结构面产生滑动。张裂隙充水时，边坡稳定系数总体呈线性降低趋势， ４４６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１５４结论本文采用节理有限单元法，通过对一个路堑开挖产生远程平面滑动的典型案例的模拟与分析，再现了该边坡经路堑开挖导致高位坍滑、变更刷方触发高速远程滑塌、滑塌后壁的残留滑体牵引松动，卸载、支挡回填及锚固的治理过程，以及上述过程中边坡变形破坏孕育发展规律。分析了该类边坡变形的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征，重点论述＃＃图１８治理后２、３裂缝充水高度与稳定系数关系曲线了该类滑坡启动远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂Ｆｉｇ．１８Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｗａｔｅｒｈｅｉｇｈｔ隙充水致滑机理，最后提出了预测及治理该类滑坡ｉｎｔｈｅ２ｔｈｏｒ３ｔｈｃｒａｃｋａｎｄｓｔａｂｌｉｌｉｔｙｆａｃｔｏｒａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ的６点建议。本文研究表明，在单斜地层开挖路堑，使顺倾向仍可保持足够的安全度。若遭遇持续性降雨作用，软弱结构面临空暴露时，可能诱发边坡整体卸荷松张裂缝内水逐步沿底滑面裂隙渗透时，边坡稳定系弛，产生较大的不平衡滑坡推力，而卸荷松动产生的数经历一段较平稳的下降过程后，仍可能产生突变，张裂隙使滑坡对降雨入渗十分敏感，不平衡力和裂最终降至１１２，显示底滑面充水产生的浮托力作用隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面，伴随势能向效果更强，应引起足够的重视。动能的转化，产生高速远程滑动，在边坡设计过程３５预测及治理此类滑坡的建议中，应加强其变形预测分析，并采用针对性措施防控滑坡灾害风险。根据本文的模拟与分析，预测及治理路堑挖方诱发的平面破坏或顺层滑坡，应注意以下几点：（１）在设计阶段加强地质力学分析和赤平投影分析，确参考文献定其平面滑动机构，以遴选此类潜在破坏类型，则可ＣａｏＹＢ，ＤａｉＦＣ，ＸｕＣ，ｅｔａｌ．２０１１．Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ提前采取针对性较强的工程措施。（２）必要时开展ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒＴａｎｇｊｉａｓｈａｎｌａｎｄｓｌｉｄｅ［Ｊ］．控制性结构面调查及试验，确定平面滑动的工程地ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３０（１）：质模型及力学参数，为定量评估提供依据，避免由于２８７８～２８８７．变形模式估计错误，导致稳定性计算结果出现原则ＦｅｎｇＪ，ＺｈｏｕＤＰ，ＬｉＡＨ．２００５ａ．Ｔｅｓｔａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｂｅｄｄｅｄｓｌｏｐｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，性偏差。（３）采用极限平衡法或数值模拟法，定量１３（３）：２９４～２９９．评价路堑边坡的开挖卸荷松弛效应及其稳定度的变ＦｅｎｇＪ，ＺｈｏｕＤＰ，ＬｉＡＨ．２００５ｂ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｂｅｄｄｅｄ化规律，可以进一步深入揭示其变形破坏机理，使定ｓｌｏｐｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２４量评价结果科学合理。（４）对于顺层滑动模式下局（９）：１４７４～１４７８．部变形破坏的处理，应谨慎采用坡脚大刷方；本例ＦｅｎｇＷＫ，ＳｈｉＹＣ，ＣｈａｉＨＪ，ｅｔａｌ．２００４．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｏｆａｌｏｗａｎｇｌｅｂｅｄｄｅｄｈｉｇｈｓｌｏｐｅｗｉｔｈｐｈｙｓｉｃａｌ正是由于不合时宜的对变形坡体进行大刷方，诱发ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ，１７了后部山体的整体变形。（５）重视张拉裂隙及滑动（２）：３２～３６．面中的水压力驱动坡体变形的作用，正是由于降雨ＨｏｅｋＥ，ＢｒａｙＪＷ．１９８３．ＲｏｃｋＳｌｏｐｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．ＬｕＳＺ期间裂隙水短时充填形成了较强的破坏驱动力，诱（Ｔｒａｎｓｌａｔｅ）．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，１０５～１４１．发了该边坡的远程滑动。（６）边坡的治理应充分考ＬｅｎｇＪＹ．２００５．Ａｐｐｌｉｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｉｐｂｅｄｄｅｄｒｏｃｋｓｌｏｐｅｓ［Ｔｈｅｓｉｓｏｆｍａｓｔｅｒ］［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ虑开挖松弛及裂隙充水两种致滑机理，以及在这两ＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，５８～６９．种驱动力作用下边坡稳定性骤降的基本规律，设定ＬｉＬＱ，ＬｕｏＳＸ，ＷｅｉＷＫ，ｅｔａｌ．２０１３．Ｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｏｆｒａｉｎｆａｌｌ足够的安全储备，才能保证边坡治理安全可靠。ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｎｂｅｄｄｉｎｇｒｏｃｋｓｌｏｐｅｗｉｔｈｗｅａｋｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３２（９）：１７７２～１７７８．ＬｉｎｇＸＰ，ＸｕＪＬ，ＺｈｅｎｇＪ．１９９３．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔ ２３（３）王浩等：路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析４４７ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｌａｎｄｓｌｉｄｅ［Ｊ］．Ｔｈｅ岩石力学与工程学报，２４（９）：１４７４～１４７８．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＨａｚａｒｄａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，４（２）：２６～３０．冯文凯，石豫川，柴贺军，等．２００４．缓倾角层状高边坡变形破坏机制ＳｕｎＹＫ，ＭｏｕＨＣ，ＹａｏＢＫ．１９８８．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｏｃｋｓｌｏｐｅ物理模拟研究［Ｊ］．中国公路学报，１７（２）：３２～３６．ｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，９１～９６．ＨｏｅｋＥ，ＢｒａｙＪＷ．１９８３．岩石边坡工程［Ｍ］．卢世宗译．北京：冶金工ＷａｎｇＨ，ＬｉａｏＸＰ．２００７．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆ业出版社，１０５～１４１．ｒｅｌａｘｉｎｇｚｏｎｅｏｆｓｌｏｐｅｓｄｕｅｔｏｅｘｃａｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆ冷景岩．２００５．顺倾层状岩石路堑边坡失稳与加固的应用研究［硕士ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＨａｚａｒｄａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，１８（Ｓ１）：５～１０．学位论文］［Ｄ］．北京：铁道部科学研究院，５８～６９．ＷｕＹ，ＨｅＳＭ，ＬｕｏＹ．２０１１．Ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｓｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅ李龙起，罗书学，魏文凯，等．２０１３．降雨入渗对含软弱夹层顺层岩质ｒｏｃｋｌａｎｄｓｌｉｄｅｕｎｄｅｒｒａｉｎｆａｌｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ边坡性状影响的模型试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，３２Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３３（１）：１３５～１３９．（９）：１７７２～１７７８．ＸｕＪＣ，ＳｈａｎｇＹＱ，ＣｈｅｎＫＦ，ｅｔａｌ．２００５．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈａｌｌｏｗ廖小平，徐峻龄，郑静．１９９３．高速远程滑坡的动力分析和运动模ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｉｎｔｅｎｓｉｖｅｒａｉｎｆａｌｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆ拟［Ｊ］．中国地质灾害与防治学报，４（２）：２６～３０．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２４（１８）：３２４６～３２５１．孙玉科，牟会宠，姚宝魁．１９８８．边坡岩体稳定性分析［Ｍ］．北京：科ＹａｎＴＺ，ＹａｎｇＳＡ，ＦａｎｇＹ．２０００．Ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓｃｉｅｎｃｅ［Ｍ］．Ｗｕｈａｎ：学出版社，９１～９６．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＰｒｅｓｓ，１３０～１３３．王浩，廖小平．２００７．边坡开挖卸荷松弛区的力学性质研究［Ｊ］．中ＺｈａｎｇＬ，ＴａｎｇＨＭ，ＸｉｏｎｇＣＲ，ｅｔａｌ．２０１２．Ｍｏｖｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ国地质灾害与防治学报，１８（增１）：５～１０．ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅＪｉｗｅｉｓｈａｎｌａｎｄｓｌｉｄｅｗｉｔｈ吴永，何思明，罗渝．２０１１．震后暴雨型岩质滑坡启动机理［Ｊ］．岩土３ＤＰＦＣ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３１工程学报，３３（１）：１３５～１３９．（Ｓ１）：２６０１～２６１１．许建聪，尚岳全，陈侃福，等．２００５．强降雨作用下的浅层滑坡稳定性ＺｈａｎｇＺＹ，ＷａｎｇＳＴ，ＷａｎｇＬＳ．１９９４．Ａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｏｒｙｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２４（１８）：３２４６～３２５１．ｇｅｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，９２～１３６，晏同珍，杨顺安，方云．２０００．滑坡学［Ｍ］．武汉：中国地质大学出版３０８～３７７．社，１３０～１３３．曹琰波，戴福初，许冲，等．２０１１．唐家山滑坡变形运动机制的离散元张龙，唐辉明，熊承仁，等．２０１２．鸡尾山高速远程滑坡运动过程３Ｄ模拟［Ｊ］．岩石力学与工程学报，３０（１）：２８７８～２８８７．ＰＦＣ模拟［Ｊ］．岩石力学与工程学报，３１（增１）：２６０１～２６１１．冯君，周德培，李安洪．２００５ａ．顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性张倬元，王士天，王兰生．１９９４．工程地质分析原理［Ｍ］．北京：地质影响因素分析［Ｊ］．工程地质学报，１３（３）：２９４～２９９．出版社，９２～１３６，３０８～３７７．冯君，周德培，李安洪．２００５ｂ．顺层岩质边坡开挖稳定性研究［Ｊ］．