西宁北山崩塌形成机理的模拟分析

支撑而崩塌 。因此 在基 岩斜坡之下 堆积 了大 量崩积 物 ， 这些崩 积 其进行 约束 ， 整个计 算 过程 中不发 生横 向和竖 向位 移 ， 其他 则作 为 自由边界 来处理 。重 力是 产生 崩塌 拉裂 、 坠落、 运动 的 唯一作 物在人类工程 扰动和灌溉作用下会 再次发 生滑动 ， 如林 家崖 滑坡 和一颗 印滑坡 等。除此之外 ， 崩塌堆积体 之上现存 的大 量陡 边坡 用力 。模 拟时 ， 先将泥岩 向内开 挖 ， 以反映风化 剥落 的过程 ， 岩 泥 继续发生 崩塌。其 中以北 山 自林 家崖 向东 由一 系列 直立 的 自然 剥 落到一定程度 ， 砂岩 开始 崩塌 。崩塌过 程通过不 同 的迭 代步 反
西宁 北 山崩 塌 形 成 机 理 的模 拟 分 析
蔡
摘
军
黄 丽娟
要： 结合 对西 宁市北 山 自林 家崖 高陡边坡现场调查 结果 ， 应用 ２Ｄｂｏｋ软件模拟 了随着泥岩 剥落砂岩崩 塌的过程 ， －—ｌ ｃ
揭示 了该 类崩塌 的成 因机理 ， 为进一步采取 防治措施提供技 术支撑。
关 键 词 ： 塌 ， 定 性 ， 值 模 拟 ， 理 崩 稳 数 机
图 ７ 迭代 ４ 万次计算结果 ０
图 ８ 迭代 ８ 万次计算 结果 ０
４ 结语
西宁北 山地区的崩塌主要是 由于其特殊 的地层结构所致 。坚
图 ２的离散化 的块体 中含两 组结 构 面 ， 平 的为层 理 ， 直 水 垂
收 稿 日期 ：０ １０ —９ ２ １ —７１
作 者简 介 ： 蔡
军 （９４ ） 男 ， １６ 一 ， 工程 师 ， 海省公路 建 设 管理局 ， 青 青海 西 宁 ８００ １０８ ７０５ １０４
图 ２ 泥岩风化剥 落过程
表 １ 离散元模拟参数取值
岩土 重度 摩擦 层面 节理 类型 ｋ ／ ３ Ｎ ｍ 角／ 。 （ ） 法向刚度／ Ｐ 向刚度／Ｐ ｋ ａ切 ｋ ａ 法向刚度／ Ｐ ｋ ａ 切向刚度／ Ｐ ｋａ
泥 岩 砂 岩 ２ ５ ２ ６ ２ ５ ４ ０ ３×１ ６ ０ ６×１ ６ ０ １ ２×１ ６ ． ０ ２ ４×１ ６ ． ０ １ ５×１ ６ ． ０ ３×１ ６ ０ ７×１ ５ ０ １ ５×１ ６ ． ０
中图分 类号 ．６ Ｐ４
文献标识码 ： Ａ 的为节理 。采用 离散元模 拟需 要提供结 构面 的法 向和切 向刚度 、
１ 概 述
西宁市坐 落在 湟水河漫滩和一级 阶地上 ， 围被一 系列 山体 周 环绕 。这些 山体 由第三 系含石膏的泥 岩和泥质 砂岩构 成 ， 地层产 间的基岩几乎 为直 立的陡壁 。差异风 化导致 泥岩剥 落 ， 岩失 去 砂
第３ ７卷 第 ２ ８期 ２０１１年 １ ０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮ ＡＲＣＨＩ Ｃｒ ＲＥ ＸＩ ＴＥ Ｕ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ． ８ １３ ２
Ｏｃ． ２ １ ｔ ０１
・７ ・ ５
文章编号 ：０ ９ ６ ２ ２ １ ）８ ０ ７ —２ １０ — ８５（０ ２ —０ ５０ １
黄丽娟 （９ ６ ）女 ， １８ 一 ， 长安 大 学地质 工程 系硕 士研 究 生 ， 陕西 西安
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７ ・ ６
第３ ７卷 第 ２ ８期 ２０１ １年 １０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮ Ａ ＸＩ ＲＣＨＩ ＥＣ ＵＲ Ｔ Ｔ Ｅ
Ｖｏ ． ７ Ｎ ． ８ １３ ｏ ２ ０ｃ ． ２０１ ｔ １
摩擦角 ， 以及块体 的重度 。根据对 附近林家崖 滑坡 勘察提供 的砂 岩和泥岩 物理力 学参数 ， 该模型 的有关参 数取 值见 表 １ 。
状接近水平 ， 这种软 硬相 问 的水 平 地层源自 构 ， 导致 山体 和 阶地 之 ３
离散 元模 拟结 果
将模 型的左 边界 、 下边 界和 右边界 作 为 固定 单元 来 处理 ， 对
高边坡最 为典型 。随着 城 市的 扩展 ， 用地 的 紧张 ， 些地 段仍 有 映 ， ３为开始崩塌时 的情形 ， ４～图 ７为崩 塌 的过程 ， ８为 这 图 图 图 大量建筑 物和铁路 、 公路 设施 ， 边坡 经常发 生崩塌 ， 威胁 坡下 人员 崩塌停 止时 的情形 。可见最终 的堆 积体为一 锥形 ， 堆积体 一般很 但坡顶还残 留有 危险岩块 ， 随着泥岩 风化剥 落 的继 续 ， 的 新 和设施 的安全。本文应用 ２Ｄ ｂｏｋ软件 模拟 了随着 泥岩剥 落砂 稳定 ， － —ｌｃ 崩塌又有可能产生 。由此可见 ， 利用离 散元可 逼真地模 拟崩塌 发 岩崩 塌的过程 ， 示 了该类 崩塌 的成 因机 理 ， 揭 为进一 步采 取 防治
结构将该类地 质模 型 进行 概化 为 图 １ 。图 ２为 模 型 的单元 剖 分
图 ３ 迭代 ２万次计算结果
图 ４ 迭代 ４ 万次计算结果
图 ， 虑泥岩遭受风化剥落 ， 考 以模拟砂岩 的崩 塌过程 。
图 ５ 迭代 ８ 万次计算结果
图 ６ 迭代 ２ 万次计算结果 ０
图 １ 初始地质模型
措施 提供 技术支撑 。
生 的过 程 和 机 理 。
２ 地质 模 型及 参数 取值
从 坡体 的一颗 印陡壁 上出露的地层 结构可 见 ， 边坡 的岩组 该
可分 为三种类型 ： 土 、 黄 泥质 砂岩 和含 石膏 泥岩 。黄土 出露 在泥
岩和砂岩 的顶部 ， 砂岩 和 泥岩 互 层 。崩 塌 主要 由砂岩 和 泥 岩 引 起， 黄土不起控 制作 用 ， 因此 模型 中可 不考 虑黄 土 的影 响。砂 岩 主要成分为长石 、 石英 砂岩 ， ～厚层 ， 中 单层厚 度 ０ ３ｍ～１５ｍ， ． ． 中 ～粗粒 ， 褐红色 ， 质胶结 。泥岩 为褐红 色 ， 泥 单层厚 度 ０ ３ ｍ～ ． ０ ８ｍ， 白色 石膏结 晶体 ， ． 含 局部 析 出， 形成 白色粉末 。根 据地 层