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基于FLAC3D的高海拔环境下降雨对公路沿线山体崩塌的影
响研究
摘 要：崩塌是西藏自治区地质灾害的主要灾种之一，随着雨季的时间和降雨量增加，崩塌发生的可能性也会随之增加。选取东经90°52′51.9″，北纬29°42′8.2″处的崩塌点作为文章的主要研究对象，在基于FLAC3D建立仿真模型，运用动力计算得出边坡的位移量，分析山体在雨季时的稳定性，在降雨量达到500mm时，山体会发生变形并产生崩塌。
关键词：崩塌；降雨量；FLAC3D技术；稳定性
引言
西藏拉萨境内处于高寒高海拔地区，气候条件恶劣，加之河谷两侧山体高峻陡峭，山体的风化十分严重，加之拉萨雨季的降雨，从而形成了山体的崩塌。[1]G109拉萨至羊八井公路段沿线山体边坡，体积较大，植被少，稳定性差，极易发生崩塌灾害。[2]文章选取G109拉萨至羊八井路段进行考察，共发现10余处崩塌。这些灾害会对周围的交通、建筑物、农田以及人类正常生活造成巨大威胁。
日本学者斋腾在20世纪60年代提出的经验预报公式，可作为崩塌预报研究工作的起点。我国国内1996年李天斌和陈明东提出了V氏反函数模型，1997年黄润秋和许强提出了协同预报模型，取得了重要进展。但是我国对于崩塌的预警研究在高海拔地区还未得到推广和普及。[3-6]文章选取G109拉萨至羊八井路段的崩塌点为研究背景，通过FLAC3D对崩塌点在高海拔降雨条件下分析山体的稳定性，可以得到边坡变形、位移矢量图、从而对边坡的滑动趋势和变形情况作出逼真的模拟并且对边坡的变形作出准确的判断。[7]地质条件
G109为进藏公路中的主动脉，是世界上海拔最高、线路最长的柏油公路，也是目前通往西藏路程最短的公路。其中拉萨至羊八井公路段全线长为85.1Km，位于西藏东南部，是连接拉萨与羊八井的重要交通枢纽，由于位于高寒高海拔地区，气候条件恶劣，公路一侧山体地质构造复杂，断裂构造和节理褶皱发育，岩体的风化强烈，大量的松散堆积层广泛覆盖于斜坡的凹陷部位，加之受大气、周围地区地震以及人类活动影响等因素影响，对G109构成了严重的威胁，沿线山体的稳定性差，如遇强降雨降水极有可能会引发崩塌，进而导致灾难的发生。[8]
1.1 气象条件
G109拉萨至羊八井路段属于高原温带干旱季风气候，以空气稀薄、干燥缺氧、阳光充足、低温寒冷，日温差大为特征。夏季多雨，雨季集中在6-9月份，年平均降水量为200-650mm，年最大降水量796.6mm。[9]据统计，自2011-01-01到2015-10-01，拉萨共出现：多云813天，雨527天，晴254天，雪73天，阴8天；羊八井所在的当雄县共出现：多云798天，雨445天，雪229天，晴175天，阴13天。降雨天数占的比例是31.46%、26.57%，由此可见降雨对山体的稳定性有着不可忽视的影响。
1.2 地形地貌
G109拉萨至羊八井段是高山河谷地貌，地处青藏高原中南部、喜马拉雅山脉北侧，地处雅鲁藏布江支流拉萨河中游河谷平原属于藏南山原湖盆骨地区，沿线山地海拔多在4000米以上，线上越向西，海拔越高，山势陡峻，河谷深切，多呈“V”字形分布。[10]
1.3 地质构造
G109拉萨至羊八井处于冈底斯-念青唐古拉板片中段，冈底斯陆缘火山-岩浆弧中部。该地域在石炭纪-早二叠世为古特提斯活动边缘海，晚二叠世为陆棚浅海盆底环境，三叠纪末为楔形大洋，侏罗纪为火山岛弧，侏罗纪末期至早白垩纪早期为滨浅海、沼泽，晚白垩世逐渐抬升为陆，上新世随青藏高原而隆升。[11]堆龙德庆县境内的构造单元以邱桑断层为界，分为德庆乡断隆构造带和堆龙弧内盆地构造带两大部分。境内地层属拉萨地层分区，出露有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系地层。境内火山活动强烈且频繁，岩浆岩分布面积较广，主要有火山岩和侵入岩。
1.4 影响边坡稳定性的因素
崩塌的发生是其内因和外因综合作用的结果，除了岩土类型、地质构造、地形地貌等内因外，还有就是地震；融雪、降雨；地表冲刷、浸泡和不合理的人类活动等外因有关。其中降雨因素尤其明显，特别是大暴雨，暴雨和长时间的连续降雨，使地表水渗入坡体，软化岩土及其中软弱面，产生孔隙水压力等从而诱发崩塌。[12]模型的建立
在G109拉萨至羊八井的路段中，崩塌的山体的岩性为花岗岩，所以在文章中我们主要研究花岗岩岩性的易崩塌山体。在G109东经90°52′51.9″，北纬29°42′8.2″处选取一个易发生地质灾害的崩塌点，经实地考察此段边坡横长50m，纵宽200m-300m，面积约为4880m2，实图如图1。在不考虑地下水和爆破及天然地震等外界条件的情况下，创建出的模型共划分结点123670个，单元135468个，采用八节点等参四边形单元，经程序计算得到的离散数据、可得到计算模型的位移和稳定系数。创建出的模型如图2所示，花岗岩的具体岩体参数详见表1。稳定性计算分析
3.1 计算方法
根据标准《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143-2003）中对崩塌的分类，此处崩塌属于后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾的滑移式崩塌。所以，应采用公式（1）计算稳定性。
Q-地震力（KN/m），按公式Q=？孜e×W确定，式中地震水平作用系数？孜e取0.05；
K-危岩稳定性系数；
c-后缘裂隙粘聚力标准值（KPa）；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍；
？准-后缘裂隙内摩擦角标准值（KPa）；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍；
？兹-软弱结构面倾角（°），外倾取正，内倾取负；
W-危岩体自重（KN/m3）。
Kf为稳定系数。
3.2 稳定性判断结果
根据公式（1）得出稳定系数如表2所示。
3.3 数值模拟分析
利用三维有限差软件FLAC3D对崩塌进行数值模拟，为了数值模拟的结果更加准确、实际，文章数值模拟了以下四种条件下滑坡体的稳定情况：组合一：天然条件，荷载组合为自重+天然状态孔隙水压力；组合二：降雨达到250mm的条件，荷载组合为自重+暴雨状态孔隙水压力；组合三：降雨达到500mm的条件，荷载组合为自重+暴雨状态孔隙水压力，组合的位移图3中的（a）、（b）、（c）所示。
由图3可见，当降雨量逐渐增加，山体的位移也随之增大，表明山体已经出现破坏并失去稳定，由此可以得出，降雨量越大，裂隙就越大，山体的位移也就越大，直至出现崩塌现象。结束语
通过对灾害区域野外勘查、理论分析并通过FLAC3D数值模拟得出以下结论：（1）边坡稳定性计算结果为山体在静止孔隙水压力增大条件下处于滑动状态。（2）现场勘查和稳定性计算表明，山体在天然条件下处于稳定状态，但是在持续降雨和暴雨状态下，稳定性安全储备较低，山体可能会失稳而产生崩塌，而且在地下水和爆破及天然地震等外界条件的作用下，山体的稳定性会更低。因此，应该对该山体进行一定的加固和防治措施，这样才能避免灾害的发生。
参考文献
[1]权开兄.青藏铁路沿线（格尔木-昆仑山口段）地质灾害发育规律研究[D].中国地质大学（北京），2013.[2]李致.西藏自治区干线公路地质灾害成因分析与对策研究[D].重庆交通大学，2012.[3]田卿燕，傅鹤林.基于灰色突变理论的块裂岩质边坡崩塌时间预测[J].华南理工大学学报（自然科学版），2009，12：122-126.[4]胡厚田.崩塌落石研究[J].铁道工程学报，2005，S1：387-391.[5]佘小年.崩塌、滑坡地质灾害监测现状综述[J].铁道工程学报，2007，5：6-11+27.[6]徐永年，匡尚富，李文武，等.边坡形状对崩塌的影响[J].泥沙研究，1999，5：69-75.[7]陈育民，徐鼎平.FALC/FLAC3D基础与工程实例（第二版）[M].中国水利水电出版社，2013，6.[8]崔鹏，陈晓清，程尊兰，等.西藏泥石流滑坡监测与防治[J].自然杂志，2010，1：19-25+66.[9]李永建.拉鲁湿地生态环境质量评价的景观生态学方法应用研究[D].四川大学，2002.[10]邵翠茹，尤惠川，曹忠权，等.雅鲁藏布大峡谷地区构造和地震活动特征[J].震灾防御技术，2008，4：398-412.[11]李光明，冯孝良，黄志英，等.西藏冈底斯构造带中段多岛弧-盆系及其演化[J].沉积与特提斯地质，2000，4：38-46.[12]冯玉涛，肖盛燮.崩滑流地质灾害链式机理及其优化防治[J].灾害学，2009，3：22-26.作者简介：斯朗拥宗（1980-），女，研究方向为斜拉桥动力特性分析。
*通信作者：田荣燕（1980-），女，汉族，讲师，硕士，道路工程。
