基于GeoStudio的小岭后滑坡稳定性分析.pdf

第10 期2023年10 月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)10-0 115-0 3陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.10October,2023基于 GeoStudio 的小岭后滑坡稳定性分析张伍，童柳华（安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南2 32 0 0 0）【摘要为了保障龙泉市龙南乡蛟烊村居民生命财产安全，对小岭后滑坡进行稳定性研究，为后期的工程防治提供参考依据。运用Geostudio软件对不同降雨工况条件下的渗流场进行数值模拟，计算相应工况下的稳定性系数和失稳概率。该滑坡从整体上来看，为一小型土质滑坡，滑坡区域岩土体工程性质较全省来看属于最差，全年降水量在全省也是排在前列。经数值模拟分析得出，区域内连续集中强降雨是滑坡形成的直接诱导因素，特大暴雨情况下极易发生滑坡灾害。【关键词滑坡；降雨；Geostudio软件；稳定性分析【中图分类号P642.22【文献标识码】BStability Analysis of Xiaoling Post-Landslide Based on GeoStudioZhang Wu,Tong Liuhua(School of Earth and Environment,Anhui University of Science&Technology,Huainan 232000,Anhui)Abstract:In order to ensure the safety of life and property of residents in Jiaoyang village,Longnan township,Longquancity,the stability of the Xiaolinghou landslide was studied to provide a reference for later engineering prevention and control.Geostudio software is used to numerically simulate the seepage field under different rainfall conditions,and the stabilitycoefficient and instability probability under corresponding conditions are calculated.On the whole,the landslide is a smallsoil landslide.The geotechnical engineering property of the landslide area is the worst compared with the whole province,andthe annual precipitation is also in the forefront of the province.Through numerical simulation analysis,it is concluded that thecontinuous concentrated heavy rainfall in the region is the direct inducing factor for the formation of landslides,and landslidedisasters are extremely prone to occur under heavy rain conditions.Key words:Landslide;rainfall;geostudio software;stability analysis龙泉市属亚热带季风气候，温暖湿润，整体地势较高，降0前言雨受地形增强作用明显，降雨充沛。以强降雨作为一种重要滑坡在我国是一种常见的地质灾害，其不仅会诱发严重因素的定量危险性分析评价就显得格外重要。不同区域不同的地质隐患，更会导致人类生命财产遭受巨大损失。滑坡时刻，影响滑坡发生的主要因素也就不同。浙江省极端暴雨地质结构稳定性研究，作为边坡结构安全性防护的重要理论工况下的滑坡灾害分布广泛，但也具有明显的分布规律0。基础，其也成为滑坡研究的重点2。目前，滑坡稳定性分析考虑到小岭后滑坡坡体土层较厚且滑坡面在一定程度上由降方法主要基于极限平衡法和以有限元为主的数值分析法等研雨量所控制，本文利用GeoStudio软件对不同降雨工况情况进究理论，邵龙潭3 等对传统极限平衡理论进行了扩展，并对行解析，阐明其稳定性与降雨量有着不可分割的关系。研究土体内某一点的极限平衡状态与土体沿整个滑动面的极限平表明，滑坡失稳的主要诱发因素多为水的作用，降雨及水位衡状态之间的关系进行了探讨，进而定义了土体沿滑动面的涨落产生常导致滑带抗剪强度下降（饱和区有效应力降低、安全系数并进行稳定性分析；丁恒4 等利用Flac3D数值模非饱和区基质吸力降低、土体产生软化），削弱了滑坡稳定拟分析，对滑坡进行稳定性评价；倪晓辉5 则采用GeoStudio性7-8。通过对小岭后滑坡的进一步分析，以期查明降雨环境软件分析浅层滑坡不同工况下失稳概率及稳定性，其以降雨下岩土体中地下水的渗流特征及其安全稳定系数，为浙江省因素研究浅层土质滑坡为主并提出具体防治措施。滑坡工程防治提供理论依据。收稿日期 2 0 2 2 -11-11【作者简介张伍（19 9 5-），男，安徽合肥人，硕士研究生，主攻方向：地质灾害分析与评价。【通讯作者童柳华（19 6 9-），女，安徽东至人，副教授，主要从事煤地质学与煤层气、地质灾害危险性评价等方面工作。.115.第10 期2023年10 月1滑坡概况小岭后公路边滑坡位于龙南乡蛟烊村小岭后自然村西侧山体斜坡上，地处中山区，斜坡海拔高程110 2.6 m1278.2m，最大相对高差17 5.6 m，自然斜坡地形坡度15 30，剖面形态呈折线状，前缘坡度较缓，坡度15 2 0，坡体开垦为梯田；后缘斜坡2 5 30，植被以毛竹、松木为主，坡体中前部台阶状水田大部分已荒废，坡脚为乡级公路。滑坡发生于坡体微沟处，该处微沟沟道宽2 m5m两侧岸坡高1m3m，沟口直对公路。坡面出露地层岩性为下白垩统高坞组（Kig）晶屑熔结凝灰岩，岩石风化程度较高。现有边坡未出露基岩，残坡积层（Q-dl）主要为粉质粘土，灰褐色，厚度0.5m1m，可塑状，稍湿湿，偶见碎砾石，含量 5%,碎砾石呈棱角状次棱角状，原岩成份为凝灰岩。该滑坡（图1）发生于2 0 17 年8月2 0 日，受连续降雨影响，微沟沟岸发生多处滑坡，周边发育多条拉张裂缝，滑塌体下滑过程中，对沟底土层进行刮蚀、刨铲，带动底部松散土层沿沟口方向滑动，威胁前缘道路过往行人及车辆。滑坡体平面形态呈条带状（图1），滑坡体前缘宽后缘窄，前缘面最大宽度18 m，后缘面宽8 m，轴线长约6 0 m，主滑方向约2 2 5，滑坡后缘海拔高度为1142 m，剪出口海拔高度为112 0 m，滑体组成物主要为第四系残坡积层及下白垩统高坞组全风化晶屑熔结岩，滑体厚3m5m，滑动面位于全风化层中，滑坡整体呈条带状。图1滑坡全貌2地质因素分析2.1地层岩性岩性松疏、渗透性好为滑坡发生提供了物质基础。边坡土体厚度较大，表层部分残余边坡层厚度为0.5m1.0m，岩性为黏土、塑性，工程地质性质较差；全风化岩石大部分已风化成土，遇水易软化，最大厚度超过5m，工程地质性质较差。滑坡主要物质组成均为残坡积和全风化物质，强降雨期间全风化层多位于地下水位附近，受地下水浸泡，土体饱和，抗剪强度显著降低，力学性质变差，逐渐形成贯通的软弱层。2.2地形及地貌滑坡所在山体地形由陡峭开始变得缓慢，微地貌呈凹形，有利于集中水源，坡脚处有高速公路切坡，这为斜坡的不稳定提供了重要条件。因此，地形和地貌条件有利于滑坡的形成。2.3气象与水文强降雨引起斜坡岩土体地下水水位上升，基质吸力降低:116.陕西水利Shaanxi WaterResources和孔隙水压力增加是其斜坡发生变形破坏的主要原因9。连续的暴雨会使大量雨水下渗到坡体内部，增大了岩土体重度，同时浸润饱和了斜坡上的残坡积层和全风化层，最终导致岩土体力学强度下降，滑坡体上部分下滑力明显增加，从而导致斜坡土体蠕动下错。3数值模拟分析3.1模型建立滑坡模型见图2,山坡高10 0 m，长2 0 0 m，将边坡划分为粘土、粉质粘土、全风化层和中风化层四个区域，滑坡区域网格单元尺寸均设3m，划分1418 个网格节点及1351个网格单元。确定模型的地下水边界和降雨边界，把左侧为定水头时的稳态计算结果当作初始条件，利用GeoStudio软件中的Slope/W具有可以引人Sigma/W和Seep/W计算结果的功能，以及Sigma/W可以引人Seep/W计算结果的功能，分别计算考虑耦合情况下和不考虑耦合的情况下边坡的安全系数，以此来进行边坡稳定性的评价。100F908070E60504030201003.2计算原理首先在Seep/W中建立有限元分析模型，经过有限元计算后,得到瞬时孔隙水压力,将所计算的结果导人至Sigma/W，得到不同时刻渗透力作用下的应力应变。Slope/W导入Seep/W的结果得到不考虑降雨即非耦合以及在不同降雨条件下即耦合时安全系数的计算0)。3.3参数确定根据斜坡所在地区的自然情况，不考虑地震对此地区的影响，进行不同降雨工况条件下的滑动面推测稳定性分析评价。本次连续降雨期间状态分为四种工况，降雨强度分别取35mm、7 5m m、110 m m、2 50 m m，见表1。采用Geostudio软件来模拟降雨之后的地下水渗流场（主要考虑地质模型中，岩土体弹性模量、泊松比等参数较难精准获取，故本次模型分析未选用应力应变耦合），在此基础上计算斜坡的稳定性系数。通过岩土试验和该地区岩土体的经验参数和反演综合确定模拟参数取值，见表2。表1降雨工况划分标准表降雨工况降雨类型降雨强度/(m/h）工况1特大暴雨工况2大暴雨工况3暴雨工况4大雨No.10October,2023Materials口粘土口粉质粘士全风化层中风化层100200水平距离/m图2 模型划分示意图2501107535降雨时间/h6122448模块计算滑坡的稳定性，计算结果见图6。第10 期2023年10 月表2滑坡稳定性计算参数取值表地层饱和重度渗透系 粘聚力内摩擦饱和含残余含名称/(kg/cm)数/(cm/s)c/kPa角/）水率/%水率1%含粘土19.8粉质粘土20.3全风化层21.3中风化层220.350.300.250.200.15-0.100.0502004006008001000基质吸力/kPa图3水土特征曲线3.4计算结果分析3.4.1渗流场分析采用Geostudio中的Seep/W模块对模型进行渗流探究，不同降雨工况的渗流情况即孔隙水压力随时间的变化规律，见图4。由图可知，孔隙水压力在不同降雨条件下的值，会随降雨时间的增加而不断升高，负孔隙水压力会减小，基质吸力减小，且高强度的孔隙水压力值较低强度的孔隙水压力值增长的更快12-31。以48 小时末的数值为例，孔隙水压力的数值由大到小的工况依次是特大暴雨、大暴雨、暴雨、大雨。因为，在同一时间段下，高强度的工况降雨量更大，孔隙水压力增长更快。由图4可以看出，负孔隙水压力值随着不同降雨量及时间增加至正值，表明这几种常见的工况均能使土体达到饱和状态，但是饱和状态都大不相同。图5中可以看到在特大暴雨条件下前期孔隙水压力增长较快，但时间到达2 4时，土体近似达到了饱和状态，速率降低且趋于平缓，可以看出降雨下渗随着时间的增长，渗透能力开始下降，孔隙水压力增长也开始变得缓慢。当土体中渗透大量水源时，土体会达到饱和状态，雨水就不能继续下渗，孔隙水压力就会保持基本不变，此时坡面径流量变大。雨水人渗会削弱土体的抗剪强度，改变土体天然重度，对土体稳定性产生影响4。此外，由于高强度降雨持续时间短，土体蒸发与人渗时间有限，极易在表面形成径流，需采取排水设施，避免大量水流携带泥土冲刷坡体。工况120工况2工况3工况4-6050510152025303540455055时间/h图4不同工况孔隙水压力与时间关系陕西水利Shaanxi Water Resources3.4.2稳定性分析通过Seep/W模块计算出降雨前即初始工况下的稳态渗流场，以此结果为初始状态加上不同降雨工况模拟降雨人渗过程和渗流场变化，然后将渗流场导入SLOPE/W稳定性计算1.2 e*137.0e713.22.0 e-7221.3 e724402002040-6001020304050时间/h图5特大暴雨条件下孔隙水压力与时间关系No.10October,2023180.32200.28260.22300.12粘土粉质粘士全风化层中风化层0.0340.0150.0180.010.97310090807060504030201010090807060504030201000100908070603020100100908070E6030201000根据滑坡防治工程勘查规范（GB/T32864-2016）中，滑坡稳定性由核算出的稳定性系数进行划分，见表3。（下转第12 0 页）:117压力水头0米0-5米-5-10米-10-15米-15-20米-20-25米米-25-30米-30-35米35-40米-40-45米-45-50米?50米100200水平距离/m(a)工况11.097100水平距离/m(b)工况 2.1.123100水平距离/m(c)工况3.1.277100水平距离/m(d)工况 4图6 各工况压力水头图压力水头-5-0米-0-5米5-10米-10-15米-15-20米-20-25-25-30米米-30-35米35-40米=40-45米-45-50米250米200压力水头5-0米-0-5米-5-10米10-15米15-20米20-25米-25-30米-30-35米-35-40米40-45米=45-50米-50米200压力水头0米-0-5米-5-10米-10-15米15-20米-25-30米=20-25米30-35米-35-40米40-45米=45-50米?250米200第10 期2023年10 月三角形跑极方式。三角形跑极方式是将电极放置在三角形的三个角上，这种方式可以得到三维电阻率成像。这个跑极方式的优点是可以更全面地了解水库的渗漏情况，但缺点是采集数据的速度较慢，需要更多的时间和精力。对于水库渗漏检测，选择合适的跑极方式非常重要，不同的跑极方式会对电阻率成像产生影响。因此，在实际应用中应根据具体情况选择合适的跑极方式。3.2.3供电电压对电阻率成像影响供电电压越高，可以产生更强的电场，从而可以更好地探测水库底部的渗漏情况。此时电流将沿着水库底部的渗漏路径流动，产生的电压响应会更加明显，有利于准确识别和定位渗漏位置。然而，高电压供电也可能会对周围环境产生干扰，从而影响电阻率成像的准确性。例如，在强电场下，地下岩石、土壤等介质的电阻率往往会发生变化，这样就会误判或漏判渗漏位置。综合考虑供电电压的影响因素后，可以选择适当的供电电压，以获得最优的电阻率成像结果。同时，应该采取合适陕西水利Shaanxi WaterResources的探测方案和仪器参数设置，提高数据采集和处理的精度和可靠性，从而得到准确和全面的渗漏检测结果。4结论相对于传统方法，高密度电法具有检测过程简单、精度高、覆盖面广等优点。在本研究中，高密度电法可以快速获取大范围内的水库渗漏情况，并对渗漏的位置、范围等方面提供了明确的信息。其次，该水库存在一定程度的渗漏问题。根据高密度电法的分析结果，研究发现该水库在一定程度上存在渗漏问题，渗漏位置主要分布在水库的底部以及岸坡靠近水面的区域。这一结论为水库管理者提供了重要信息，可以帮助其有针对性地采取补救措施。高密度电法在水库渗漏检测中具有很大的应用前景，特别适用于对大型水库进行渗漏检测。在今后研究中，我们将继续拓展该应用领域，为水库渗漏问题的解决提供更加全面和准确的数据支持。No.10October,2023（上接第 117 页）表3滑坡稳定状态划分稳定性等级不稳定稳定性系数与F.11F,1.051.05F,1.15失稳概率P=1由图6 结合表3可知，不同降雨工况下滑坡稳定性依次为：工况1 工况2 工况31.150.8 P10.2 P,0.8参考文献稳定P:=0.2jiang,YANG Yan-xin.Three-dimensional stability of landslidesbased on local safety 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