摘 要

本论文题目为谷竹高速公路铺沟村滑坡稳定性评价与防治研究，涉及的研究对象为铺沟村滑坡，该滑坡位于湖北省房县窑淮乡铺沟村，拟建谷竹高速公路第2标段K122 030处，区内交通比较便利，省道经过滑坡前缘。

滑坡对人类生产生活的威胁极大，本文以谷竹高速公路铺沟村滑坡为背景，从滑坡地形地貌与地层岩性、气象水文与工程地质条件、地质构造等方面，在学习研究国内外现有资料的基础上，研究该滑坡的形成机理，利用极限平衡法的同时也利用Midas/GTS数值模拟法对该滑坡的稳定性进行评价并给出一定的防治措施建议。所得结果对于实际滑坡的稳定性防治具有一定的参考价值。

研究结果表明：谷竹高速公路第2标段K122 030段铺沟村滑坡在自然状态下处于较稳定状态，在地震的外部条件影响下处于极限稳定状态，在考虑各种外因（如暴雨、地震和暴雨等）的共同作用下，边坡处于不稳定状态。

论文特色：研究对象基于实际工程，地质资料真实可信，采用不同计算原理及相关模拟计算软件对谷竹高速公路铺沟村滑坡进行稳定性分析，得出相关结论。

关键词：滑坡；形成机理；稳定性分析；Midas/GTS；滑坡防治

Abstract

The title of this paper is the research of the stability evaluation and prevention of the landslide at the Gugou Village on the Guzhu Expressway. The research object involved is a landslide at the shop village, which is located in Pugou Village, Yaohuai Township, Fang County, Hubei Province, and is planned to construct the Guzhu Expressway. 2 In the bidding section K122 030, the traffic in the area is convenient, and the provincial road passes the front edge of the landslide.

Landslides pose a great threat to human production and life. This paper uses the Pugou Village landslide on the Guzhu Highway as a background to analyze from landslide topography and geomorphology, stratigraphic lithology, meteorological hydrology and engineering geological conditions, geological structure, etc., and study at home and abroad which are based on the existing data, the formation mechanism of the landslide was studied, and the stability of the landslide was evaluated using the limit equilibrium method and Midas/GTS numerical simulation method, and certain prevention and control measures were proposed. The obtained results have certain reference significance for the stability control of the actual landslide.

The results of the study indicate that the landslide at the shop site of K122 030 at the second tender section of the Guzhu Expressway is in a stable state under natural conditions and is in an extremely stable state under the influence of external conditions of the earthquake. are considered. Considering the combined effect of various external causes (such as heavy rain and earthquakes), the slope is in an unstable state.

The characteristics of this paper: The research object is based on the actual project, and the geological data is authentic and credible. Using different calculation principles and related simulation calculation software, the stability analysis of the Pugou Village landslide on the Guzhu Highway is carried out, and relevant conclusions are drawn.

Key Words：landslide；forming mechanism；stability analysis；Midas/GTS； prevention and treatment of landslide

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 边坡稳定性分析研究现状 1

1.2.2 边坡稳定性分析方法 2

第2章 铺沟村滑坡工程地质条件分析 4

2.1 地形地貌与地层岩性 4

2.1.1 地形地貌 4

2.1.2 地层岩性 4

2.2 气象水文与工程地质条件 5

2.2.1 气象水文地质条件 5

2.2.2 工程地质条件 5

2.3 地质构造与区域稳定性 5

2.3.1 区域地质构造 5

2.2.2 区域稳定性 6

第3章 铺沟村滑坡形成机理研究 7

3.1 铺沟村滑坡概况 7

3.2 铺沟村滑坡基本特征 7

3.2.1 滑坡变形特征 7

3.2.2 滑坡基本特征 7

3.2.3 滑坡物质结构特征 7

3.2.4 滑床地层 7

3.2.5 地质构造 8

3.3 铺沟村滑坡形成的机制 8

3.3.1 滑坡所处的原生环境 8

3.3.2 滑坡形成的影响因素 8

3.3.3 滑坡成因机制分析 8

第4章 基于极限平衡法的铺沟村滑坡稳定性分析 10

4.1 极限平衡法简介 10

4.2 滑坡稳定性极限平衡法计算与分析 10

4.2.1 计算方法 10

4.2.2 计算剖面 13

4.2.3 计算工况 15

4.2.4 计算参数的选取 15

4.3 极限平衡法计算 16

4.3.1 滑坡稳定性计算结果 16

4.3.2 谷竹高速公路铺沟村滑坡稳定性评价 16

第5章 基于Midas/GTS数值模拟法的滑坡稳定性分析 18

5.1 数值模拟方法简介 18

5.1.1 Midas/GTS简介 18

5.1.2 有限元强度折减理论 18

5.1.3 边坡稳定性判断依据 19

5.2 Midas/GTS（SRM）法边坡稳定性分析 19

5.2.1 模型的建立 19

5.2.2 边界条件 19

5.2.3 计算参数与计算工况的选取 20

5.2.4 计算模型 20

5.2.5 计算结果 28

5.2.6 破坏结果分析 28

5.2.7 稳定性分析 28

第6章 滑坡防治措施分析 30

6.1 防治目标及原则 30

6.2 滑坡推力计算 30

6.2.1 推力计算方法 30

6.2.2 推力计算结果 31

6.3 滑坡治理措施 34

6.3.1 抗滑桩设置 34

6.3.2 排水沟设置 35

第7章 铺沟村滑坡治理后的稳定性评价 36

7.1 模型的建立 36

7.2 计算参数与计算工况的选取 36

7.3 计算模型 36

7.4 计算结果 44

7.5 稳定性分析 44

7.6 结果分析 45

第8章 结论与展望 46

8.1 主要结论 46

8.2 展望 46

参考文献 47

致谢 49

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

自然灾害对人类带来的经济损失和精神伤害是巨大的，随着人类对自然的不断深入研究，现代科学技术在对自然灾害的应对方面已经日益成熟，可以做到对自然灾害的监控、预报、防治，人民财产的损失得以大大减少，同时也可以促进国民经济的发展。

山体滑坡这种自然现象在生活中并不少见，在建设高速公路时，由于高陡边坡的开挖，边坡岩土体产生变形，在降雨、地下水或地震等的作用下，滑坡等地质灾害时有发生。因此，对滑坡灾害的监测、预防和治理就显得尤为重要。

谷城至竹溪高速公路始于谷城，途径康县、房县、竹山县、竹溪县等地，终于鄂陕交界处的罗汉垭附近，容易发生高边坡开挖失稳与滑坡等地质灾害。铺沟村滑坡位于湖北省房县窑淮乡铺沟村，在拟建谷竹高速公路第2标段K122 030处，区内交通比较便利，省道通过滑坡的前缘。

该滑坡属于古滑坡复活，滑坡覆盖层以粘性土和全风化片岩为主，滑坡体厚度10~25m，滑坡临空面角度约50~70º，后缘有多条裂缝，最大裂缝错位约0.8~1.5m，滑坡横宽约120~180m，纵长100~120m，坡体为顺向坡结构。滑坡体基岩为片岩，岩体节理裂隙发育，岩层相对隔水。

该滑坡已于99年发生滑动，有一农房倒塌，省道公路挡土墙明显变形迹象。因此本文的目的就是通过查阅关于铺沟村滑坡的相关地质资料，进行整合分析，整体感知，然后研究滑坡的形成原因和影响因素，对谷竹高速公路铺沟村滑坡作出稳定性评价并提出可行的科学防治措施，避免滑坡灾害的发生及人民财产安全的损失。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 边坡稳定性分析研究现状

滑坡稳定性分析至今已有一百多年的历史，对滑坡的前期研究相比于今日更倾向于定向描述滑坡和分析滑坡所处的地质环境、滑坡作用机理和形成机制等方面，一般来说，大都以静力学观点和理论为基础，基于滑坡的形成条件、滑体结构、滑面尺寸，对滑坡进行勘测和防治。回顾历史，人们对于滑坡的认识从局限到全面。随着时代的不断发展，关于滑坡的研究成果不断增多。

在20世纪50年代至60年代，由于当时生产条件有限，当时的滑坡分析一般采用土力学中的刚体极限平衡理论。

直到20世纪70年代人们才意识到滑坡仅仅用极限平衡理论是无法对滑坡进行全面分析的，随着岩石力学的发展，人们才开始研究滑坡的形成演变的过程机制。经过无数专家学者的补充完善，这个时期就逐渐形成了机制论。这一观点的提出使人类在滑坡研究史上前进了一大步，遗憾的是，当时科学并不发达，研究技术手段也很有限，这使得理论也并不完善，人们很难对滑坡的具体形成发展过程进行详细描述，更多的还是利用概念模型，来进行对边坡的分析^[1]。

20世纪80年代，关于滑坡的研究取得了很大进展，一是由于研究手段和方法的不断更新，人们对滑坡的认知已经不再是从前的概念模型了，取而代之的是利用理论模型进行分析，理论是基础，只有搞清楚土体内部的作用机制，才能成功获得滑坡的形成、发育、活动全过程和稳定性信息。这个时期是滑坡过程分析和发展定量评价的新阶段。其次是随机不确定分析方法及其建立的数理统计及灰色系统理论也被引入到滑坡稳定性的分析研究之中，然而，所有这些方法在相当的程度上还没有脱离传统的线性范畴^[2-5]。

自20世纪80年代后期以来，滑坡的研究逐渐发展到对滑坡进行控制和改造，同时形成了系统工程地质学等学科，并借此认识到复杂系统的物理构成。同时为完成由线性系统到非线性系统的转变，研究系统的非线性特征，借助了非线性科学。

1.2.2 边坡稳定性分析方法

从滑坡稳定性分析和预测一些我国研究滑坡的起步虽然较晚（解放后才开始），但是发展不容小觑并且硕果累累。滑坡稳定性分析的研究方法大致来说可分为确定性方法和非确定性方法两类^[6]。确定性方法的概念经过历代科学家的不断研究完善，一般从两方面考虑：一是通过对影响滑坡的各种因素综合分析，对滑坡的稳定性作出评价，即定性分析法，定性分析法包括图解法、边坡稳定性数据库和专家系统、工程地质分析法；二是通过监测手段，观察滑坡体的位移变化趋势，预测滑坡体的动态变化，即定量分析法。

极限平衡法以极限平衡理论为基础，重点研究岩土体的瞬时变形机理而不是岩土体的变性特征。各国诸多学者就滑坡稳定性问题进行了多次深入研究，提出了很多行之有效被广泛采用的分析方法，比如瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、传递系数法等。数值分析法在目前岩土领域的力学计算领域中应用最普遍广泛^[7-10]。

多种因素会对边坡系统稳定性产生影响，为了建立科学可靠的边坡稳定性分析，我们需要考虑所选参数的随机性和不确定性，只有全方位统筹，非确定性模型才能建模可靠，才能反映边坡真实的稳定性情况。非确定性方法进来发展迅速，包括随机可靠度分析方法、模糊数学方法、神经网络方法、灰色理论分析方法等^[11-16]。

在滑坡灾害的防治方面，国外已有一百年的历史。美国将防治措施分为四类：绕开躲避、降低下滑力、增加抗滑力、改良滑带土。日本将防治措施分为两类：控制工程和抑制工程。我国从二十世纪五六十年代开始，将防治措施分为四类：绕避、排水、力学平衡和改良滑带土。滑坡的预防和治理已经从简单的被动支护转变为主动支护(例如桩、墙等)以及主动与被动支护(如锚索、锚拉桩等)结合的阶段。现如今，绕开规避、排水工程、支挡工程、滑带土改良工程、减重和反压工程等措施常常被采用。

第2章 铺沟村滑坡工程地质条件分析

2.1 地形地貌与地层岩性

2.1.1 地形地貌

谷竹高速公路沿路山脉走势为北西向，跨越路线区域的南北两侧，400~1240m为沿线大多山体海拔高度范围。路线经过区域海拔高度多在500~800m。

谷竹高速公路K122 030段上的滑坡属于位于山区中部的中低山区，此地区山地高程范围400~1240m。切割深度分布在350~800m，山体多为尖锐形状，山体陡峻，坡度多高于35~45°。该区域属于该路段地貌类型中的主要地貌区域。

铺沟村滑坡位于湖北省房县窑淮乡铺沟村，在拟建谷竹高速公路第2标段K122 030处，该地区交通便利，省道通过滑坡前缘。山体形成历史悠久，该山体滑坡属于古老山体滑坡的复活，滑坡覆盖层以粘性土和全风化片岩为主，滑坡体厚度10~25m，滑坡临空面角度约为50~70º，后缘存在多处裂缝，最大裂缝错位约0.8~1.5m，滑坡横宽约120m至180m，纵长度范围为100~120m，坡体为顺向坡结构。滑坡体基岩为片岩，岩体的节理和裂隙已经发育，岩层相对防水。该滑坡已于1999年发生滑动，有一农房倒塌，省道公路挡土墙明显变形迹象。

2.1.2 地层岩性

根据钻孔资料揭示，工作区出露地层为中元古界武当群()石英片岩以及第四系堆积物。

（1）第四系堆积物

第四系中史新统冲洪积物()：粉质粘土，褐黄色，硬塑-坚硬状，含铁锰质浸染，夹有少量碎石，厚度5.0~6.0m。

（2）基岩

基岩为中元古界武当群()石英片岩。

全风化片岩：厚度范围为4.0~10.0m，灰色，岩石风化强烈，原始岩石结构完全被破坏，主要矿物成分为云母、石英、长石，岩芯表现为砂土状，水很容易将其分散，采取率约为70%。

强风化片岩：厚度范围为4.0~6.0m，灰绿色，变晶结构，片状结构，主要矿物成分与全风化片岩相同，裂隙发育，岩芯大多呈现碎块状，少量表现为短柱状，凭手即可掰开，采取率约为60%。

中风化片岩：颜色、结构与强风化片岩相同，主要矿物成分与全风化片岩相同。裂隙较为发育，局部裂面可观察到有铁质氧化物浸染，岩芯破碎表现为块状、短柱状，采取率约为70%，RQD值为12%，钻进平稳，无漏水现象。

2.2 气象水文与工程地质条件

2.2.1 气象水文地质条件

谷竹高速公路所处地气候属于亚热带季风气候，气温温和。日照时间长，寒冷期短、无霜期长。该地区降水多集中在夏季，冬季降雨量最少。该地区风向在六、七月份经常为东南风，其余月份多为北或偏北风，风力最大可高达九级。

受地形地貌如海拔高度、坡向等因素的影响，该地区气候变化多端,山地小气候复杂多样，特别是夏季，灾害性天气出现较频繁，常发生干旱、强降雨，其中，在强降雨天气，该地区经常发生滑坡、山体坍塌等严重地质灾害。

本区水系主要分南河、堵河两种。本次工作区属堵河中“秦口河”水系。

地下水可分四类，各参数如下：地下水位埋深1.5~2.5m，泉流量0.100~2.00升/秒；基岩裂隙水泉流量约在0.30~0.80升/秒；构造裂隙水泉流量约大于0.60~3.60升/秒；岩溶水泉流量约大于0.80~3.00升/秒。

2.2.2 工程地质条件

该区岩类主要是位于武当岩群中的变质火山——沉积岩类，为绢云石英千枚岩、变细粒长石石英砂岩，夹变（浅）粒岩及大理岩透镜体；在霍河水库以北附近，局部可见寒武纪竹山组的深灰色中厚层状灰岩出露。

工程地质问题主要是：

（1）该区域岩体状态呈现薄——中层状，在工程施工改变了边坡的自然状态后，地势高、高差大的地段容易引发崩塌、滑坡等地质灾害，同时提高了边坡治理的工程耗费。

（2）隧道洞室在这一类工程地质区施工时，洞口因岩层的面理发育，极容易形成顺层滑坡，加大了洞口支护的难度。

2.3 地质构造与区域稳定性

2.3.1 区域地质构造

谷城至竹溪高速公路以青峰——房县一线作为限界，南北部分属于扬子准地台、南秦岭构造带。铺沟村滑坡则属于南秦岭构造带中的武当山复背斜区。

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