杨建华1 张国和1 杨泽伟1 邓杰文1赵东雷1
中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000
摘要： 滑坡是输电线路常见的地质灾害之一，如何快速准确的分析评价塔位滑坡当前稳定性及发育趋势，并评价其对输电线路的影响，对输电线线路的安全稳定运行具有一定意义，文章以某220kV输电线路N036塔位滑坡为例，运用Midas GTS/ NX岩土有限元分析软件，对滑坡进行模拟分析计算，从岩土参数的选取、滑坡稳定性系数，滑坡总位移、水平位移、竖直位移以及最大剪应变等方面对滑坡的稳定性采取多方面的分析计算，并有效借助Midas GTS/NX岩土分析软件的优势，对该滑坡治理支护提供具体的有效方案建议。
关键词：塔位滑坡；Midas GTS / NX；稳定性分析
Stability analysis of transmission tower landslide
based on MIDAS GTS / NX
Yang Jianhua1 Zhang Guohe1 Yang Zewei1 Deng Jiewen1 Zhao Donglei1
(1.POWERCHINA Guizhou Electric Power Engineering Co,.Ltd.，Guiyang，Guizhou 550000，China)
Abstract： Landslide is one of the common geological disasters of transmission line. How to quickly and accurately analyze and evaluate the current stability of tower landslide and its impact on transmission line is of certain significance to the safe and stable operation of transmission line. Taking n036 tower landslide of 220kV Yinli line I circuit project as an example, Midas GTS is used/ Nx geotechnical finite element analysis software is used to simulate and calculate the landslide. The stability of the landslide is analyzed and calculated from the aspects of landslide stability coefficient, total displacement, horizontal displacement, vertical displacement and maximum shear strain. With the advantages of MIDAS GTS / NX geotechnical analysis software, specific and effective suggestions are provided for the landslide treatment and support.
Key words：Tower landslide; Midas GTS / NX; stability analysis
1 引 言
随着近代科学技术的快速发展，计算机科学技术在地质工程及工程建设范围内得到了很大的推广与应用，基于计算机有限元数值模拟软件的计算分析法在滑坡稳定性分析中不断发展运用，成为一种新的稳定性分析方法[1]，同时运用有限元模拟分析的方法对滑坡的稳定性及治理方案进行分析研究将成为未来研究分析的主要发展趋势[2]。Midas GTS / NX作为一款具有强大计算分析能力的有限元计算分析软件，广泛适用于岩土工程、桩基工程、地下工程、水利工程等领域[3]，而基于Midas GTS / NX有限元的滑坡稳定性数值模拟分析法已成为滑坡稳定性分析中的重要方法之一，此类方法不仅能够考虑到边坡岩土体内部所产生的位移变化及变形对自身稳定性的影响，而且能够通过模拟分析云图较为直观的反应出边坡岩土体中应力应变分布状况，分析边坡破坏的发生及发展过程等，拥有传统分析方法无与伦比的优势[4]。
该软件对边坡稳定性分析时采用由Zienkiewicz提出的强度折减理论，该理论是在有限元中通过降低岩土各参数值的方法来计算边坡的稳定系数。简单来说：采用一个合理的折减系数Fs来折减岩土体的抗剪强度指标C和φ，得到折减后的抗剪强度指标C1和φ1，然后利用折减后的参数进行通过折减系数再次折减，直至土体发生失稳现象，此时的折减系数Fs则为稳定系数[5-6]。具体公式如下：
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文章将借助Midas GTS/ NX岩土有限元分析软件，对某220kV输电线路N036塔位滑坡的稳定性进行模拟分析研究，从滑坡稳定性系数、滑坡位移及剪应变等多方面对滑坡稳定性进行综合研究分析考虑，并对某220kV输电线路的安全稳定运行提供科学建议。
2 滑坡概况
某220kV输电线路N036塔位滑坡位于山间槽谷右侧斜坡，地形总体趋势南高北低，属中山侵蚀～剥蚀山地地貌，滑坡体后缘拉涨裂隙清晰，周界明显，滑坡下部开挖较为严重，滑坡前后缘高差约49m，滑坡长约140m，宽约90m，滑坡体平均厚度约为12m。滑坡整体坡度较缓，平面形状呈不规则半椭圆，滑坡体积约15.12×104 m3，属于中型滑坡。
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图1 滑坡全貌
根据滑坡专项调查及勘察资料显示，N036塔位滑坡出露地层为龙漳组和长兴组段( P3l+ c ) 、第四系( Q4 )，由新到才简述如下：
（1）人工填土 ( Q4) : 灰褐、黄褐色，由泥岩碎石、粘土夹碎石组成，结构松散．北侧堆填区为 2020年 3 月份挖方堆积而成，厚5~ 12。
（2）碎石土：灰褐色，稍湿-湿，稍密至中密，含60%-70%的砾石，粒径1-3cm，磨圆度差，成分为泥灰岩、泥岩等，粘土充填，厚5-10m。
（3）龙谭组和长兴组段(P3l+c )：出露于调查区中东部反向坡上, 岩性主要为中风化泥岩，黄褐色，质地较硬。
3 模型建立
为了确保模拟结果更加精确可靠，得到与实际状况更相近的模拟计算效果，本文在建立计算模型时，模型尺寸大小及划分严格按照滑坡主剖面特征状况建立，在网格及尺寸划分时疏密有序，主次分明，各岩土体分层划分过渡科学合理。在计算模型边界约束等优化处理后，得到三维计算模型图（图2）。
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根据某220kV输电线路N036塔位滑坡勘察资料及地层特征，将模型地层划分为人工填土、碎石土、中风化泥岩以及滑带土和滑体5个主要部分，在对模型边界约束处理后，使滑坡整体在重力荷载作用下自动计算分析滑坡稳定性及坡体自身的变形特征。
4 模拟材料属性赋值
由滑坡专项勘查采样实验分析数据和《工程地质手册》（第五版）等相关规范标准，以及此类工程相关经验数据综合分析考虑，对计算模型各部分岩土层数据导入Midas GTS / NX有限元软件进行赋值计算，各相关计算参数见如下材料参数赋值表（表1）。
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5 基于Midas GTS / NX的滑坡稳定性分析
滑坡稳定性状态判断依据按照确定，稳定状态划分如表2所示。
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根据各地层材料赋值参数计算分析，塔位滑坡主剖面稳定性系数经Midas GTS / NX有限元软件计算结果为1.0416，由表2判断该滑坡处于欠稳定状态。
从滑坡模拟位移云图（图4~图9）显示，某220kV输电线路N036塔位滑坡最大位移位于滑坡前部，水平方向与竖直方向最大位移最也同样出现在滑坡前缘，该现象是由于该滑坡为坡脚开挖引起的牵引式滑坡，随着坡体前缘坡的持续变形破坏，滑坡下部不稳定土体的滑动破坏使得中上部坡体失去支撑而不断影响中上部坡体的稳定性，使滑坡从下到上逐渐不断变形破坏，从位移云图可以直观明显的看出，滑坡体位移变化从下到上逐渐过渡。
从某220kV输电线路N036塔位滑坡最大剪应变云图（图10、图11），该滑坡最大剪应变位于滑坡体前部，并不断向坡体中上部扩展延伸形成多条贯通滑动面，随着滑坡前部的支撑减弱，坡体从下到上持续扩展破坏，最终形成一个不断发展扩大的滑坡，需要尽快采取治理措施，防止滑坡进一步扩大发展。
N036号塔位位于滑坡体中部地带，滑坡变形仍在持续，下部滑动面已完全贯通（图11），中上部滑动面尚未完全贯通，铁塔基础及塔材目前未出现大的变形特征及迹象，塔位现为稳定状态，可暂时运行，但是需要及时采取措施，严禁下部坡体开挖。根据模拟结果，建议对该处塔位滑坡前部采取抗滑桩方式进行治理或该塔位进行迁移。
7 结论
本文主要借助于Midas GTS / NX有限元仿真模拟软件，对某220kV输电线路N036塔位滑坡进行了模拟计算分析，结果表明，滑坡现阶段稳定系数为1.0416，处于欠稳定状态；从滑坡位移云图及剪应变云图可以较为直观的显示出N036塔位滑坡的变形破坏特征，模拟结果与牵引式滑坡特征较吻合，随着下部坡体的不断破坏，将影响到N036塔位的运行安全。
参考文献(References)：
[1]郑颖人.用有限元折减法进行边坡稳定性分析.中国工程科学，2002,(10):57-61.( Zheng Yingren. Slope stability analysis by finite element method. China Engineering Science, 2002, (10): 57-61.(in Chinese))
[2]Nian T K , Wan S S , Jiang J C , et al. Finite element analysis of slope stability under drawdown conditions by strength reduction technique[J]. Rock & Soil Mechanics, 2010, 31(7):2264-2252.
[3]曾亚武,田伟明. 边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合[J]. 岩石力学与工程学报,2005,S2:5355-5359.( Zeng Yawu, Tian Weiming. Combination of finite element method and limit equilibrium method for slope stability analysis [J]. Journal of rock mechanics and engineering, 2005, s2:5355-5359.( in Chinese))
[4]向越. 基于FLAC3D的有限元法和不平衡推力法对四川某浅表层土质滑坡的稳定性分析[J]. 四川建筑, 2018, 38(06):91-94.( Xiang Yue. Stability analysis of a shallow soil landslide in Sichuan Province Based on FLAC3D finite element method and unbalanced thrust method [J]. Sichuan architecture, 2018, 38 (06): 91-94.( in Chinese))
[5]黄润秋. 边坡治理工程的数值模拟研究[J]. 地质灾害与环境保护, 1996,7(1):69-76.( Huang Runqiu. Numerical simulation of slope control engineering [J]. Geological disasters and environmental protection, 1996,7 (1): 69-76.( in Chinese))
[6]马建勋,赖志生,蔡庆娥,徐振立. 基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析[J]. 岩石力学与工程学报,2004,16:2690-2693.( Ma Jianxun, Lai Zhisheng, Cai Qinge, Xu Zhenli. 3D finite element analysis of slope stability based on strength reduction method [J]. Chinese Journal of rock mechanics and engineering, 2004,16:2690-2693. ( in Chinese))
作者简介：杨建华（1986年），男，贵州普定人，硕士研究生，高级工程师，主要从事岩土工程勘察设计与地质灾害防治工作及研究。