顺层岩质边坡临界坡长求解研究

他们 均认 为层状 结构 顺层 岩质 边坡 失稳 机理 的力 学模 型 可简 化 为 梁模 型 , 研 究 的 热点 就 集 中在 梁 挠曲 线微 分方程 的求 解以 及顺 层岩 体极 限破 坏长 度) 临 界坡 长 + 等 方面 ( 本 文从 力学 角度 出发 , 研究 梁的 受力 特征 , 求解 梁模 型挠 曲线 微分 方程 , 并采 用最 小能 量原理 求解 临界 坡长 ( 该 方法 简单适 用 , 对研 究顺 层岩质 边坡 失稳 机理 具有 重要 意义 (
程圣国 ’," 叶 永 " 杨俊晓 "
三峡大学 ) ’ ( 三峡库区地质灾害教育部重点实验室 ,湖北 土木水电学院 ,湖北 宜昌 宜昌 . . / # # " 三峡大学 " ( 摘 . . / # # " +
要! 顺 层岩质边坡失稳是 边坡破坏的主要形 式 , 用力学方 法研究其失稳机 理是常用手 段之一 ( 针对目前 该
6 中图分类号 ! ’ / ( $ " 4 5.
文献标识码 ! 1
文章编号 ! ’ $ * " % * # / * ) " # # $ + " % # # ’ . % # / 7
顺 层岩 质 滑 坡是 最 常 见 8 最 典型 的 自 然层 面 滑坡 , " # # /年 *月三 峡 库区 发生 的 千 将坪 特 大滑 坡即 为典 型的平 面滑 动前 沿剪 出型 深层 基岩 顺层 滑坡 , 雅 砻 江下 游 霸 王山 边 坡 破 坏一 直 被 认为 是 溃曲 破 坏岩 质 顺 层滑 坡 的 典 型 ( 这些 顺 层 岩质 滑 坡多 发 生在 层 状 结构 岩 体 , 尤 其 是软 硬 交 互的 沉 积岩 中 ( 从 构造 上 , 则 多出 现在 构造 作用 比较 轻微 或不 太 强烈 的 背 斜或 单 斜 构 造地 区 ( 顺 层 岩质 边 坡失 稳 主要 是 自 重作 用 下 渐 进破 坏 的 结果 , 在自 重及 其 它荷 载 作 用下 , 边 坡 岩 体 各点 的 应 力状 态 不断 变化 , 最大 主应 力趋 向平 行于 坡面 , 在坡 脚处 出现 应 力集 中 , 层 状 岩体 沿 层 间 结合 软 弱 处裂 开 并错 动 , 在 坡体 后缘 出现 一系 列拉 裂缝 , 局部 出现 微 弱 架 空 现 象) 图’ 随 着 荷 载 进 一 步增 加 或 , " + , 岩体 受水 等因素 软化 , 其 物理 力学 性能 降低 , 导致
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故 5处 截面 上 所受 的 弯矩 V3 VA P VY $则 5处 截面 的弹 性曲 线近似 微分 方程 为 4[ V 3( 3 < 4 5 \] * U * + 69 N E : C R F< + 6 9 N E :( P 5 5( 5/ < \ ] 0 \] Z \ ] 可设 * + N E : C R F + 9 N E : * U 69 6 &" 3 &# 3( $ < \] 0 \ ] Z \] < 则 由式 , 得[ 由 题 目 中的 边 0 . Y 3# 5P " 5 P !5 $ !3(
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图 - 顺层岩质滑坡破坏力学模型
界条 件
在! 其 受 力分 析 如图 0 其中 " 梁取 一 微 段 $ $ 坡体 自 重 1 静水压力 1 $ ; < $ 23 + * 4 5 63 + 5 7 8 9 : 4 5 层 面 上 的 法 向 作 用 力 = 包 括 重 力 及 静 水 压 力$ 则1 下微 >37 8 9 : 1 2(1 6/顺 坡 方 向上 除 受 到上 ? 元对 其的 作用力 @A 及 @外 $ 由于 各板 状结 构 岩体 间 存 在 层 间 错 动$ 故 可得 层 间 的 摩 阻 力 1 B3 及黏 聚力 4 C D E F 1 G 3H 4 5 / >
顺层岩质滑坡是最常见8最典型的自然层面滑坡年月三峡库区发生的千将坪特大滑坡即为典型的平面滑动前沿剪出型深层基岩顺层滑坡雅砻江下游霸王山边坡破坏一直被认为是溃曲破坏岩质顺层滑坡的典型这些顺层岩质滑坡多发生在层状结构岩体尤其是软硬交互的沉积岩中从构造上则多出现在构造作用比较轻微或不太强烈的背斜或单斜构造地区顺层岩质边坡失稳主要是自重作用下渐进破坏的结果在自重及其它荷载作用下边坡岩体各点的应力状态不断变化最大主应力趋向平行于坡面在坡脚处出现应力集中层状岩体沿层间结合软弱处裂开并错动在坡体后缘出现一系列拉裂缝局部出现微弱架空现象图随着荷载进一步增加或岩体受水等因素软化其物理力学性能降低导致顺层岩质边坡整体失稳破坏9
图 " 顺层岩质边坡破坏示意
A 力学模型
A ( A 力学 分析 设顺 层岩 质 边坡 坡 角为 B 坡 面长 为 C 整个 , ,
增刊 <
程圣国等 h顺层岩质边坡 临界坡长求解研究
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岩 层 可分 为 !" 和 " 其中 ! #两 部 分 $ "段为屈 曲隆 起段 $ 长为 % 下滑 段 "#长 为 ’( % 对 !" 段 & $ 有推 动 作 用 $ 推力 为 )& 岩 层厚 度 为 * 容重为 + $ & 沿宽 度 方 向 取 单 位 长 度 $ !" 段 简 化 为 梁 或 杆 模 型$ 两端 固 定 $ 力 学模 型 及 主要 参 数 选取 如 下 , 图 . /
’ : 顺层 岩质 边坡整 体失 稳破 坏 9 ( " : 自孙 广忠教 授 9 应用 力 学手 段和 观点 解 释顺
节理形成的滑面 ; 次滑面 < 主滑面 = 沿 > ?@ : 图 ’ 顺层岩质滑坡滑移形成过程 9’
层岩 质 边坡 失 稳 机理 以 来 , 岩 体 结构 力 学 成为 顺
/ : 层岩 质边 坡研究 中 的一 个重 要手 段 , 刘钧 9 李云 8 . : 0 : 鹏9 及 朱 晗迓 9 等 人 也取 得 一 些 代 表 性 的 成 果 (
第" 卷增刊 " / 年 ’ " # # $ "月
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科 技 大 学 学 报) 城市科学版 + D (E F G57 4() 5H I J K7 L M N K L NO P M Q M E K +
RE S ( " /7 T U ( " V N L ( " 长 求 解 研 究
收 稿 日 期 !" # # $ % # & % ’ " ( 作 者 简 介 !程 圣 国 ) 男, 副教 授 宜昌, 三 峡 大 学 三 峡 库 区 地 质 灾 害 教 育 部 重 点实 验 室 ) ’ & * " % + , . . / # # " + ( 基 金 项 目 !湖 北 省 自 然 科 学 基金 资 助 项 目 ) 湖 北 省 教 育 厅 重 大 科 学 研究 计 划 资 助 项 目 ) " # # 0 & 0 + " # # 0 ’ / # # / + ( 12 1" 3
领域研究热点集 中在其临界坡长求解 方法方面问题 , 本文利用材料 力学方法通过挠曲 线近似微 分方程求解 获 得梁的挠曲线方 程 , 进而采用 最小能量原理求解 和试算法 , 结 合求解顺层岩质 边坡的临界 坡长 ( 该方法简单 适 用, 对研究顺层岩质边坡失稳机理具有重 要意义 ( 关键词 ! 顺层岩质边坡 - 临界坡长 - 挠曲线 - 失稳