地震作用下二层岩滑坡变形场和应力场的有限元分析

地震作用下二层岩滑坡变形场和应力场的有限元分析

蒲钊王浩

蒲钊王浩

重庆607勘察实业总公司重庆400056

[摘要]重庆市万州区二层岩滑坡在地震力作用下可能出现失稳状况。本文采用ANSYS有限元软件模拟分析了该滑坡在自重、竖直向地震力和水平向地震力三种情况作用下坡体内变形场和应力场的变化规律，从而验证了水平向地震力是可能导致该滑坡失稳的主要因素。

关键词：应力场和变形场；地震力；有限元；二层岩滑坡

Finiteelementanalysisoftwolayersofrocklandslide’sdeformationfieldandstressfieldundertheactionofearthquakePUZhao，WANGHao(Chongqing607InvestigationIndustryGeneralCompany，Chongqing400056，China)Abstract：TwolayersofrocklandslideindistrictofWanzhouChongqingCitymayappearunstablesituationundertheactionofearthquake.ThispaperemploysfiniteelementsoftwareANSYStosimulateandanalysestressanddeformationfieldundertheactionofgravity,theverticalseismicforceandthehorizontalseismicforceseparately,relatedresultsverifytheconclusionthathorizontalseismicismainfactorleadtothefailureoflandslide.Keywords：stressanddeformationfield；theearthquakeforce；finiteelement；twolayersofrocklandslide

随着三峡工程建设的进行，库区地质灾害问题引起了党中央国务院及国家有关部门和重庆市、湖北省各级政府及相关部门高度重视。库区滑坡灾害首当其冲，二层岩滑坡即是由重庆市级相关部门批准提前实施的项目之一。

二层岩滑坡位于重庆市万州区长江北岸一级支流内，属天城移民开发区枇杷坪管辖，滑坡面积约23.0×104m2，威胁对象涉及二层岩村2组和3组，滑坡体上居民人口达410人[1]，一旦滑坡发生，后果非常严重。理论计算表明，二层岩滑坡在地震作用下稳定性有所下降，本文拟采用有限元数值模拟方法分析地震作用下二层岩滑坡内部应力场及变形场，揭示由地震作用导致的滑坡稳定性下降的内在机理。

1二层岩滑坡简述

二层岩滑坡位于长江左岸（北岸）的一级支沟?万平桥河沟的东侧,滑坡后缘高程270~280m，前缘高程130~160m。滑坡区地形变化较大，总体上形成二级台阶，东西长450~470m，南北宽500~560m，主滑方向252°，总方量约380×104m3，属大型滑坡。二层岩滑坡滑体物质主要为块碎石土、粉质粘土和粘土。块碎石成份为泥质砂岩、砂岩和泥岩，大多数为强风化，少量为中风化，易碎，大小混杂。粉质粘土和粘土呈棕-褐黄色，硬塑-可塑状态。滑床主要为上沙溪庙组紫红色泥岩、砂质泥岩和黄灰-浅灰色泥质砂岩，岩石风化较强烈，滑面附件大多数为强风化。

二层岩滑坡体上的房屋和地面变形明显，整体处于欠稳定状态。

2二层岩滑坡有限元建模

依据二层岩滑坡稳定性计算典型剖面图，在AutoCAD中处理生成相应.sat文件，导入有限元软件ANSYS中[2]，得到二层岩滑坡的有限元模型，如图1示。

Fig.1Thefiniteelementanalysismodeloftwolayersofrocklandslide有限元模拟分析需要的相关参数可根据勘察结果，通过室内试验资料结合经验类比、反演分析法等确定，列于表1。

表1滑体、滑带、滑床的物理力学参数建议值

Table1Recommendedphysicalmechanicsparametersofslipmass,slipzoneandslidingbed

3有限元计算结果分析

3.1考虑自重作用的二层岩滑坡变形场和应力场

此次有限元数值模拟中，重力加速度按9.8m/s2计，设置相关参数后计算该模型在自重作用下的应力场及变形场，结果提取如下图2和3。

3.2考虑竖直向地震力作用的二层岩滑坡变形场和应力场

根据国家地震局《中国地震烈度区划图》（1990），万州区属于弱震区，竖直向地震力系数按0.03取值，提取二层岩滑坡在竖直向地震力作用下的变形场和应力场，如图4和5。

3.3考虑水平向地震力作用的二层岩滑坡变形场和应力场

根据国家地震局《中国地震烈度区划图》（1990），万州区属于弱震区，水平向地震力系数按0.05取值，提取二层岩滑坡在水平向地震力作用下的变形场和应力场，如图6和7。

3.4对比分析

滑坡的发生表观上表现为滑体土的水平向位移，针对图2,4和6，发现该滑坡在自重作用下坡体水平向位移最大值为0.3788m，在竖直向地震力作用下坡体水平向位移最大值为0.3902m，在水平向地震力作用下坡体水平向位移最大值为0.4304m，单从这一点上看，影响该滑坡稳定性的主要是水平向的地震力，它的存在导致滑坡水平向位移增大，极端情况下可能导致该滑坡失稳。

分析图3,5和7发现，滑坡在水平向地震力作用下坡体内水平向应力分布与其他两种情况存在较大的区别，水平地震力作用下，坡顶出现两处较大应力，单单看水平向应力并不能说明什么，具体分析还需要看其他各方向的应力情况，此处不多介绍。

4结语

本文以重庆市万州区二层岩滑坡为例，采用ANSYS有限元软件模拟分析了该滑坡在自重、竖直向地震力和水平向地震力等三种情况作用下，坡体内变形场和应力场分布规律，从而验证了水平向地震力对该滑坡稳定性的劣化作用。

参考文献(References)：

[1]李志军等.重庆市三峡库区三期地质灾害防治工程Ⅰ类应急抢险项目-万州区二层岩滑坡详细勘查报告[R].成都:四川省华地建设工程有限责任公司,2005.

[2]赖永标等.土木工程有限元分析典型范例[M].北京:电子工业出版社,2007.