川藏线康玉1号滑坡基于三维数值模拟的稳定性分析

川藏线康玉 1号滑坡基于三维数值模拟的稳定性分析

王利洋 1

中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043

摘 要：新建铁路川藏铁路沿线自然环境恶劣、地质条件复杂，沿线发育众多滑坡体，严重制约着川藏铁路的前期勘察、设计以及后续施工和运营维护。本文对位于康玉隧道某重要斜井施工道路上的康玉1号大型滑坡进行研究，通过Midas GTS有限元软件的数值模拟计算，得到道路的修建对滑坡稳定性的影响不大，滑坡处于基本稳定状态，通过本文的分析，以期对类似工程的修建提供参考。

关检测：川藏铁路；滑坡；施工道路。

1 概述

新建川藏铁路昌都至林芝段沿线地质灾害频发，工程所在位置交通条件极度恶劣^[1]，既有交通具有“路网密度低、公路等级低、抗自然灾害能力弱、受气候影响严重”等特点，无法满足川藏铁路的前期勘察、设计以及后续施工和运营维护的需求。因此，修建施工道路对铁路的修建及带动当地社会经济发展具有重大意义。

近年来，随着工程建设，对古滑坡的扰动不可避免，研究工程对滑坡的影响受到越来越多的关注^[2-5]，如肖学沛等对因高速公路路堑施工后滑坡的变形机制进行分析，得到变形体的控制性结构面，为工程设计提供依据^[6]，王家柱等对川藏铁路古滑坡的发育特征、成因机制及失稳模式进行分析^[7]。

因此针对高山峡谷区滑坡的研究对于工程建设来说意义重大。本文对川藏铁路施工道路康玉隧道某斜井施工道路所必经的1号滑坡进行道路选线分析及道路开挖对滑坡稳定性影响的研究。

2 滑坡概况

2.1 选线背景

经过勘察期间多次全方位（含经济）比选，选出综合条件最优的方案，但需要在康玉1号滑坡（下简称滑坡）上多次展线，可能对该不良地质扰动较大，需进行分析研究。

2.2 滑坡地质现状

滑坡处位于藏东南高山峡谷区（图2-1），此区域内地形地貌特征具有海拔高、相对高差大、植被稀少等特征，滑坡所在范围内地面高程3222.0m～3582.0m，相对高差达360m。地表多为杂草以及灌木，植被覆盖率一般。

图2-1滑坡地貌图

滑坡地层主要以滑坡错落堆积角砾夹碎石为主，下伏第三系宗白群砂岩夹泥岩，滑坡体周边地层岩性为断层角砾及崩积角砾、碎石，由此可见滑坡及周边坡面基本上以第四系覆盖层为主。

滑坡西侧分布有拉不学断层（F31），总体呈北西南东向平直延伸，为逆断层，断层产状N45°W/88°S，断层影响带范围约170m，该断层虽为非全新世活动断裂，但是其产生及发展影响其周边边坡，致使岩层破裂、边坡破碎，为滑坡形成的诱发因素。

滑坡前缘沟心发育地表水，为德曲支流，常年流水，河宽10～20m，自西南向东北垂直于滑坡体的滑向流动，补给来源为大气降水和周边地下水渗流等。沿线地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，赋存于碎石或卵石中，埋深较浅。地表水对滑坡前缘土体的冲刷也是滑坡形成的重要因素。

3 数值模拟

为查明施工道路的修建是否会打破滑坡体的平衡状态，继而诱发其再次滑动，利用Midas/GTS有限元软件对滑坡进行三维数值模拟分析。

3.1 模型的建立

本文计算模型如图3-1所示，基岩为砂岩，滑坡体岩性为角砾夹碎石。计算参数如表5-1所示。在进行稳定性计算时，由于后缘断层为滑坡形成的诱发因素，本文未考虑其构造应力的影响，边坡的主要作用力为其自重。

图3-1滑坡三维模型

表3-1 模型计算参数

计算工况分为如下两种情况：

工况1：天然边坡；

工况2：修建施工道路后的边坡。

3.2 数值模拟结果分析

（1）位移场分析

图3-2工况2位移

根据图3-2工况2位移三维图可知，修建道路后，该滑坡在坡面上会产生位移，模拟出最大位移量为0.9871米，发生在开挖道路靠山侧边坡。

图3-3工况2未变形

图3-4工况2变形

对比图3-3和图3-4位移云图（未显示变形状态和显示变形状态）可知，施工道路修建后，滑坡中前缘的施工道路变形不大，边坡产生变形后基本上对道路的整体形态影响不大，位于滑坡中后缘的施工道路位移量较大，主要变形位置为开挖后靠山侧的边坡，变形方向基本与道路走向垂直，变形后可能会对道路存在覆盖和掩埋作用。

上述变形均发生在浅表层开挖处，滑坡体整体位移变化不大。

（2）应变场分析

图3-5 工况2应变

通过对图3-5分析，工况2修建后，滑坡体浅表面受剪力产生变形趋势，滑坡中前缘道路附近剪应变趋势小，对应的可能产生的位移变形量较小，滑坡中后缘道路附近剪应变趋势较大，对应的可能产生的位移变形量较大，与位移结果分析基本一致。

上述应变趋势也仅发生在施工道路修建后道路的两侧边坡，滑坡体整体剪应变趋势变化不大。

（3）安全系数分析

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）^[10]规定针对于二级永久一般边坡，其安全系数规定如下：稳定状态的安全系数需要大于1.3，基本稳定状态的安全系数需要介于1.05至1.3之间，欠稳定的安全系数需要介于1.0至1.05之间，小于1.0的判定为不稳定状态。

工况1的稳定系数为1.32，工况2的稳定系数为1.28，通过对比两者的稳定系数可知，道路开挖后，滑坡的稳定性虽然降低了，但是开挖后稳定性属于基本稳定状态，说明施工道路的修建对于滑坡稳定性的影响不大。

4、结论及施工措施建议

4.1 结论

通过Midas/GTS有限元数值计算分析后，施工道路的修建对该滑坡浅表层坡面的形态会产生影响，浅表层坡面变形基本发生在道路开挖两侧，而对滑坡整体变形影响不大，对滑坡的稳定系数影响不大。

4.2 施工措施建议

针对于该滑坡，虽然通过分析及数值模拟计算过后，施工道路的修建对滑坡体的整体影响不大，但是局部影响需要在施工期间注意，要有针对性的措施建议：

（1）应避免在滑坡体上或前部地带选择施工场地，同时应避免在滑坡前缘开挖、取土；

（2）应避免改变滑坡体周边排水条件，防止滑坡可能失稳（复活）对施工造成不应有的安全风险；

（3）边坡开挖应设置抗滑挡护措施，地基应采取注浆加固措施；

（4）施工期间应对该滑坡有针对性的监测变形措施；

（5）施工期间如果滑坡存在可能滑动迹象，要有针对性的应急预案，包括及时停止施工、疏散周围群众等。

参考文献

［1］ 郭长宝，张永双，蒋良文，等． 川藏铁路沿线及邻区环境工程地质问题概论 ［J］． 现代地质，

2017，31( 5) : 877 － 889．

［2］ 袁晓波，向波，赵丹，等． 四川广巴高速公路红层滑坡成因分析及防治措施［J］． 中国地质灾害与防治学报，2012，23( 3) : 13－17．

［3］ 丁恒，李海军，赵建军，等． 尖山营古滑坡复活变形特征及成因分析［J］． 科学技术与工程，2021，21(7) : 2626－2631．

［4］ 张丽萍，李毅． 邱家焉隧道进口滑坡稳定性分析［J］． 科学技术与工程，2012，12(10) : 2347－2353．

［5］ 王建中． 四川西昌某滑坡地质特征及其稳定性分析［J］． 四川建筑，2011，31(6) : 127－131．

［6］ 肖学沛，蒋锐． 某高速公路堑坡滑坡变形机制与稳定性分析［J］． 地质灾害与环境保护，2021，32(1) : 42－48．

［7］ 王家柱，高延超，冉涛，等． 川藏铁路交通廊道某大型古滑坡成因及失稳模式分析［J］． 现代地质，2021，35(1) : 18－25．

［8］ 何瑜，邱兵． 北川县某公路古滑坡成因及工程地质比拟法设计［J］． 公路与汽运，2021，（2） : 74－77．

［9］ 叶尚其，何云勇，蔡晓红，等． 高速公路缓倾红层软岩滑坡形成机制及防治措施研究［J］． 地质灾害与环境保护，2019，30 ( 1) :43 －47．

［10］ 建筑边坡工程技术规范．GB 50330-2013 中国标准书号［S］．北京：中国建筑工业出版社，2013．

作者简介：王利洋(1989—) ，男，工程师，2014年毕业于长安大学地质工程与测绘学院地质工程专业，工学硕士，主要从事铁路工程地质勘察工作，E-mail: wly19890122@126.com。