西部水电工程滑坡稳定性数值模拟分析

5.5.2.1　模型建立

图5.5-1　剖面Ⅰ—Ⅰ＇有限差分数值计算模型图

为计算获取林达滑坡蓄水前后的变形发展趋势，分别选取剖面Ⅰ—Ⅰ＇、剖面Ⅱ—Ⅱ＇、剖面Ⅲ—Ⅲ＇三个典型剖面进行分析。模型计算边界均采用单向约束，即顺江方向的两条边界为Y方向约束，横江方向的两条边界为X方向约束，底边界为Z方向约束。材料破坏准则采用莫尔—库仑破坏准则，模型的初始地应力场采用自重应力场。有限差分FLAC3D数值计算模型如图5.5-1～图5.5-3所示，剖面Ⅰ—Ⅰ＇计算模型由25060个节点和12286个单元组成；剖面Ⅱ—Ⅱ＇计算模型由30854个节点和15189个单元组成；剖面Ⅲ—Ⅲ＇计算模型由17388个节点和8508个单元组成。考虑到主滑动体内部次级滑体剪出口处空间形态分两种情况，在剖面Ⅱ—Ⅱ＇中分别计算分析两种情况的变形趋势。

图5.5-2　剖面Ⅱ—Ⅱ＇有限差分数值计算模型图

5.5.2.2　分析工况

为研究林达滑坡在天然工况下及水库运营期间的变形发展趋势，分别考虑以下几种工况进行分析：

工况1：天然状态3141m水位时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

图5.5-3　剖面Ⅲ—Ⅲ＇有限差分数值计算模型图

工况2：暴雨状态3141m水位时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况3：地震状态3141m水位时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况4：暴雨+地震状态3141m时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况5：高水位3148m运行时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况6：高水位3148m+暴雨运行时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况7：高水位3148m+地震运行时滑坡应力场、应变场及变形趋势；

工况8：洪水水位3154m滑坡应力场、应变场及变形趋势。

5.5.2.3　FLAC3D数值模拟分析成果

1.工况1模拟结果分析

从图5.5-4可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，天然工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于1号次级滑体的剪出口附近高程，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为12.7cm，并趋于稳定。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在天然工况下处于不稳定状态。

图5.5-4　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况1下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡曲线图

从图5.5-5可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，天然工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生在2号次级滑体和主滑动体内部1号次级滑体范围内，集中在2号次级滑体的后缘和主滑动体内浅层次级滑体前缘剪出口附近。滑坡整体变形较小，最大位移点位于2号次级滑体后缘，情况1中最大位移量为21.7cm，情况2中最大位移量为22.2cm。剪应变增量分别沿着2号次级滑体后部滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面发展，但并未贯通。同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明2号次级滑体和主滑动体趋于稳定状态。

图5.5-5　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况1下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡曲线图

图5.5-6　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况1下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡曲线图

从图5.5-6可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，天然工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在浅表层，分别集中在3号次级滑体的中部和主滑动体内部1号次级滑体。滑坡整体变形较小，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为8.39cm。剪应变增量分别沿着3号次级滑体滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展，但均未贯通。同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明3号次级滑体和主滑动体是趋于稳定状态。

2.工况2模拟结果分析

从图5.5-7可以看出，当初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于在1号次级滑体的剪出口附近高程，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为37.9cm，并趋于稳定。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在暴雨工况下处于不稳定状态。

图5.5-7　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况2下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡曲线图

从图5.5-8可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生2号次级滑体和主滑动体内部1号次级滑体范围内。最大位移点位于2号次级滑体后部，情况1中最大位移量为533cm，情况2中最大位移量为613cm，水平位移量主要是由于不收敛而不停增大。主滑动体最大位移量为49.7cm，且趋于稳定。剪应变增量沿2号次级滑体滑面和主滑动面内部1号次级滑体滑面发展，并沿2号次级滑体滑动面发生贯通。同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明2号次级滑体趋于不稳定状态。

从图5.5-9可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在浅表层，分别集中在3号次级滑体的中部和主滑动体内部1号次级滑体。滑坡整体变形较小，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为8.40cm。剪应变增量分别沿着3号次级滑体滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展，但均未贯通。同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明3号次级滑体和主滑动体整体是趋于稳定状态。

3.工况3模拟结果分析

从图5.5-10可以看出，当初始地应力条件下计算10000时步后，地震工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于在1号次级滑体的剪出口附近高程，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为56cm，并趋于稳定。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在地震工况下处于不稳定状态。

图5.5-8　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况2下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-9　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况2下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-10　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况3下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-11可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，地震工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生在2号次级滑体和主滑动体内部1号次级滑体范围内，最大位移点位于2号次级滑体后部，情况1中最大位移量为790cm，情况2中最大位移量为875cm，主要是由于计算不收敛而随之增大。主滑动体最大位移量为63cm，且趋于稳定。剪应变增量沿2号次级滑体底部滑动面发展贯通，同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明2号次级滑体是趋于不稳定状态。

图5.5-11　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况3下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-12可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，地震工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要集中在3号次级滑体，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为195cm。滑坡整体变形较小，主滑动体最大位移量为11cm，且趋于稳定。剪应变增量沿着3号次级滑体滑动面向上发展，但未贯通，最大不平衡力曲线最后收敛，说明3号次级滑体和主滑动体仍保持稳定状态。

图5.5-12　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况3下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

4.工况4模拟结果分析

从图5.5-13可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨叠加地震工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇坡体的水平向位移主要发生在1号次级滑体的中前部，且随深度逐渐减小。滑坡整体变形大，后部主滑动体最大位移量约为前缘次级滑体最大位移值的20%。剪应变增量分别沿着1号次级滑体底部滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体和主滑体内部1号次级滑体在暴雨叠加地震工况下处于不稳定状态。

图5.5-13　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况4下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-14可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨叠加地震工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生在2号次级滑体和主滑动体内部浅层次级滑体范围内，最大位移点位于2号次级滑体后部。滑坡整体变形大，后部主滑动体最大位移量约为前缘次级滑体最大位移值的20%。剪应变增量分别沿着2号次级滑体底部滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面发展贯通。同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明2号次级滑体和主滑动体内部1号次级滑体是趋于不稳定状态。

图5.5-14　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况4下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-15可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，暴雨叠加地震工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在3号次级滑体，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为705cm，主要是由于计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为15cm，并趋于稳定。剪应变增量沿着3号次级滑体滑动面向上发展并贯通，同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明3号次级滑体是趋于不稳定状态。

5.工况5模拟结果分析

从图5.5-16可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水状态下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于在1号次级滑体的剪出口附近高程，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为12.8cm，基本与蓄水前保持一致。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在蓄水后处于不稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

图5.5-15　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况4下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-16　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况5下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-17可以看出，蓄水状态下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生在2号次级滑体和主滑动体内部次级滑体范围内，集中在2号次级滑体的后缘和主滑动体内1号次级滑体前缘剪出口附近。滑坡整体变形较小，最大位移点位于2号次级滑体后缘，最大位移量为25.1cm。剪应变增量分别沿着2号次级滑体滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面处发展，但并未贯通。同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明2号次级滑体和主滑动体趋于稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

从图5.5-18可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水后剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在浅表层，分别集中在3号次级滑体的中部和主滑动体内部1号次级滑体。滑坡整体变形较小，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为8.90cm。剪应变增量分别沿着3号次级滑体滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展，但均未贯通，同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明3号次级滑体和主滑动体是趋于稳定状态。

图5.5-17　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况5下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-18　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况5下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

6.工况6模拟结果分析

图5.5-19　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况6下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-19可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水叠加暴雨工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于在1号次级滑体的剪出口附近高程，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为36.9m，基本与蓄水前保持一致。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在蓄水后暴雨工况下处于不稳定状态。

从图5.5-20可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水后暴雨工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生2号次级滑体的中后部附近。滑坡整体变形较大，最大位移点位于2号次级滑体后部，情况1中最大位移量为541cm，情况2中最大位移量为629cm。后部主滑动体水平位移量由于剪出口处位移量增大而随之增大，最大位移量约为前缘次级滑体最大位移值的10%。剪应变增量在2号次级滑体滑动面处发展贯通，同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明2号次级滑体趋于不稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

从图5.5-21可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水后叠加暴雨工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在浅表层，分别集中在3号次级滑体的中部和主滑动体内部1号次级滑体。滑坡整体变形较小，最大位移量为16.7cm。剪应变增量分别沿着3号次级滑体浅表层和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展，但均未贯通，说明3号次级滑体和主滑动体是趋于稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

7.工况7模拟结果分析

从图5.5-22可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水叠加地震工况下坡体Ⅰ—Ⅰ＇的水平向位移主要发生在1号次级滑体的中前部，且随深度逐渐减小。滑坡整体变形大，后部主滑动体水平位移量由于前缘次级滑体计算不收敛而不停增大，最大位移量约为前缘次级滑体最大位移值的15%。剪应变增量沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在蓄水后地震工况下处于不稳定状态。

图5.5-20　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况6下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-21　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况6下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-23可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水后叠加地震工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生2号次级滑体的中后部附近。滑坡整体变形较大，最大位移点位于2号次级滑体后部，情况1中最大位移量为809cm，情况2中最大位移量为902cm。后部主滑动体最大位移量为49.7cm，且趋于稳定。剪应变增量沿着2号次级滑体滑动面发展贯通，同时，最大不平衡力曲线最后不收敛，说明2号次级滑体是趋于不稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

图5.5-22　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况7下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-23　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况7下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-24可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，蓄水后地震工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在3号次级滑体的中部，最大位移量为335cm；主滑体整体位移量小，水平向最大位移值仅为15cm，并趋于稳定。剪应变增量沿着3号次级滑体滑动面向上发展，但未贯通，说明3号次级滑体是趋于稳定状态。相比蓄水前，最大位移量有所增加，但增大幅度较小，表明蓄水对其变形影响较小。

图5.5-24　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况7下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

8.工况8模拟结果分析

从图5.5-25可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，洪水工况下剖面Ⅰ—Ⅰ＇前缘1号次级滑体整体位移量大，最大位移点位于在1号次级滑体的前缘3154.00m高程附近，且位移值随着计算不收敛而不停增大；主滑动体整体位移量小，水平向最大位移值仅为12.7cm，基本与天然工况和高水位蓄水工况一致。剪应变增量主要沿着1号次级滑体底部滑动面向上发展并贯通，最大不平衡力曲线不收敛，说明1号次级滑体在洪水工况下处于不稳定状态，且洪水工况对主滑动体变形发展几乎无影响。

图5.5-25　剖面Ⅰ—Ⅰ＇工况8下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

图5.5-26　剖面Ⅱ—Ⅱ＇工况8下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-26可以看出，洪水工况下剖面Ⅱ—Ⅱ＇坡体的水平向位移主要发生2号次级滑体的中后部附近，最大位移点位于2号次级滑体后部，情况1中最大位移量为190cm，情况2中最大位移量为206cm，水平位移量较大。主滑动体最大位移量为17.9cm，且趋于稳定。剪应变增量在2号次级滑体滑动面出发展且几乎贯通，同时，最大不平衡力曲线趋于不收敛，说明2号次级滑体是趋于临界状态。

图5.5-27　剖面Ⅲ—Ⅲ＇工况8下水平位移云图、剪应变增量云图、不平衡力曲线图

从图5.5-27可以看出，初始地应力条件下计算10000时步后，洪水工况下剖面Ⅲ—Ⅲ＇坡体的水平向位移主要发生在浅表层，分别集中在3号次级滑体的中部和主滑动体内部1号次级滑体。滑坡整体变形较小，最大位移点位于3号次级滑体中部，水平位移量为8.40cm。剪应变增量分别沿着3号次级滑体滑动面和主滑动体内部1号次级滑体滑动面向上发展，但均未贯通，同时，最大不平衡力曲线最后收敛，说明3号次级滑体和主滑动体是趋于稳定状态。