顺层岩质边坡变形破坏规律的分析
顺层岩质边坡滑坡机理分析及工程治理
顺层岩质边坡滑坡机理分析及工程治理摘要：对顺层边坡加固治理措施的理论分析与模拟在实际工程应用中都具有一定的局限性，抗滑桩虽然可以充分利用桩身强度提高边坡稳定性，但是在硬质岩层成孔困难；长锚杆或者微型桩能够解决施工难度，但是其自身整体性较差；锚杆联合格构梁，可以充分发挥基岩的强度，使得潜在滑动体和基岩联合成为一个整体受力基体。
关键词：顺层岩质边坡；滑坡机理；锚杆联合格构梁前言岩层走向和倾向与边坡走向和倾向一致的边坡称为顺层或顺倾边坡，其余的叫反倾或斜向边坡。
在实际工程中划分归类时，通常将走向与岩层走向夹角小于20°或者倾向接近的边坡定义为顺层边坡。
对于顺层岩质边坡的稳定性受多种因素影响，首先取决于层岩倾角、地层岩性、结构面等内因。
除此以外还包括地下水的作用和开挖坡角、边坡高度、爆破震动效应、地震效应等其他因素，所以会在边坡工程中产生较多的影响。
1边坡稳定性分析实际现象表明，顺层岩质边坡可能是沿某个层面发生整体滑动，也可能是沿某个或某些层面发生局部滑动，由下而上发生渐进式破坏，并当坡脚不再受到扰动时，失稳滑动也就不再向上发展。
如果能确定顺层岩质边坡的滑移面及滑移极限长度，在进行边坡加固设计时，只需对局部即将发生破坏的岩层进行加固。
现有加固方法通常是将整个边坡长度作为设计长度，在此基础上进行加固设计，很少考虑局部失稳现象。
以下对顺层岩失稳的因素进行分析。
1）顺层岩质边坡周围主应力迹线发生偏转，主要表现为：最大主应力愈平行于临空面，最小主应力愈垂直于临空面。
在一定条件下，坡面的径向应力和坡顶面的切向应力转为拉应力。
2）顺层岩质边坡在形成过程中由于长期受人工扰动和风化等的影响，岩体抗剪强度参数与拉裂面等效抗拉强度有不同程度的降低。
研究表明：越靠近临空面，滑带抗剪强度参数和拉裂面等效抗拉强度劣化越严重；越远离临空面，滑带抗剪强度参数和拉裂面等效抗拉强度劣化程度较小。
2格构梁配合锚杆在顺层岩质边坡加固治理中的应用顺层岩质边坡的稳定性受多种因素影响，首先取决于层岩倾角、地层岩性、结构面等内因。
顺层岩质边坡变形机制分析与治理效果模拟
拟 建 的双 大路 位 于 北 京 门头 沟 境 内 ， 连 接 是
双 塘 涧 与 柏 峪 的 主 要 通 道 。 本 文 研 究 的边 坡 位 于
Ｋ３ ＋４ ０段 顺 层 滑坡 为 例 ， 过 Ｇｅ ｓ ｐ １ ６ 通 ｏ ｌ ｅ软 件 ｏ 数值模 拟 了该 滑坡 在 初始 设计 状况 下 全断 面开 挖 后 无 工程 防 护时 的坡 体 状 态 ， 以及 变 更 设 计 后 工 程 防护对 坡体 的加 固效果 ； 同时运 用监 测等 手段 ， 对 变更 设 计后 坡 体 的 适 时 状 态进 行 监 测 分 析 ， 根
式， 并对 较 为 常 见 的滑 移一 裂 和 滑 移一 曲 破 坏 拉 弯
模 式 的稳定 性 分 析 方 法 进 行 讨 论 。据 统 计 ， 路 公
建设 工 程 中顺层 型 滑 坡 占滑坡 数 量 的 ５ ． ｌ 。 ｏ ７ ４ ］
因此 ， 研究 复杂 顺层 边坡 的成 因破坏 机制 ， 准确 地 评 价 和预测 其 变形 破 坏 模 式 ， 通 过 变 形 监 测 与 并
第 ３ 卷 第 ５期 ８ ２１ ０ １年 １ Ｏ月
成 都理 工大 学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦＣＨＥ ＮＧＤＵ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴＹ ＣＨＮＯＬＯＧＹ （ ｃｅ ｃ Ｉ ＯＦ ＴＥ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙＥｄｔ ｎ ｃｎ ｌｇ ｉｏ ） ｉ
Ｖ １３ Ｎ ． 。． ８ ｏ ５
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［ 章 编 号 ］１７ —７ ７ ２ １ ） ５０ １ －６ 文 ６ １９ ２ （０ １ ０ —５ ６０
顺 层 岩 质 边 坡 变 形 机 制 分 析 与治 理 效 果模 拟
岩质边坡的坡体结构及变形破坏模型探讨
岩质边坡的坡体结构及变形破坏模型探讨岩质边坡稳定性的一个主要控制因素是坡体结构，分析坡体的稳定性，首先要查清坡体结构，从而方可判断坡体的变形分析模型与变形发展趋势和稳定状态。
岩质边坡的坡体结构主要可分为层状（含似层状）、块状、破碎和散体状坡体结构四大类。
1、层状（含似层状）坡体结构坡体一般由相互平行的岩层构成，层与层之间为贯通性较好的多成因结构面，坡体岩性可以是单一的，也可以是多层、互层或夹层的。
此外类坡体包括沉积岩（如砂泥岩、页岩、灰岩等）、部分变质岩（如片麻岩、片岩、板岩等）及沉积型火山岩（火山角砾岩、凝灰岩等）。
其中最为常见的是沉积岩。
层状（含似层状）坡体结构是不连续介质模型，坡体在结构上、岩性组合上往往是不均一的，为典型的各向异性结构，坡体的稳定性主要取决于层间结构段的性质与临空面的配套组合。
层状（含似层状）坡体结构可以形成近水平层状、斜交状、顺倾状或反倾状边坡。
一般情况下反倾状、水平状坡体结构的边坡稳定性相对较好。
而顺倾状坡体往往稳定性较差，尤其是存在层间软弱夹层时，层面的力学性质将大幅降低，坡体的稳定性将大幅降低。
此外，对于层状与临空面倾向处于斜交状态的坡体结构，其稳定性与层面和临空面的夹角有直接关系。
夹角越大，稳定性相对越好；夹角越小，稳定性相对就越差。
因此，有的规范将层面和临空面的夹角以40～45°为界划分边坡是否属于顺层的分界点。
对于层状的反倾状坡体变形模型，多为依附于多组结构面的追踪形成贯通性结构面所致，是为切层变形；水平状坡体则多为依附于层间软化、泥化层形成平推式或错落式变形体模型，这在四川盆地的红层地区是比较常见的。
2、块状坡体结构块状坡体结构主要由厚层、巨厚层沉积岩、岩浆岩或部分变质岩组成。
常见的有厚层或巨厚层的砂岩、砾岩、灰岩，花岗岩、闪长岩、玄武岩、大理岩、石英岩等。
块状坡体结构完整性较好时可近似为均一连续的弹性介质模型，而当坡体中存在发育较好的结构面、小断层等时表现为不连续介质模型。
顺层高边坡的破坏机理分析及其处治方案
顺层高边坡的破坏机理分析及其处治方案摘要：本文针对顺层边坡的处治方案，结合实际案例，在简要分析边坡变形破坏形成机理的基础上，提出顺层边坡处治的方案，以供参考。
关键词：顺层边坡；处治；边坡变形；框架锚杆引言：调查结果显示，我国很多高速公路施工年限比较长，受到技术指标偏低和外界因素的影响，工程病害愈发严重，安全隐患问题越来越突出，特别是边坡变形破坏是目前众多高速公路存在的主要安全隐患。
但顺层边坡往往处于陡峭起伏，地质条件复杂多变的山区，大大增加了开挖防护的难度。
基于此，本文以某顺层边坡滑坡形成机理为切入点，分析了顺层边坡处治的方案，希望对同类顺层边坡的防护质量方案制定要一定的参考和借鉴。
1、工程概述K41+414高边坡原设计四级防护，高度为52m，边坡坡比为1：1.15，采用4mX3m框架锚杆防护，锚杆为φ25mm普通锚杆，第1~3排锚杆的长度为6.0m，第4~12排锚杆的长度为9.0m，第一级平台宽度为1.5m，设置了平台截水沟。
该斜坡地表上覆第四系全新统残坡积粉质粘土，厚度为0.5~1.0m，下伏三叠系下统夜郎组钙质页岩，岩层产状为341°∠41°，左侧边坡挖方最大高度为35.5m，钙质岩容易风化，导致边坡形成溜塌和垮塌，现对该路堑边坡坡面设框架锚杆防护，框架格梁现浇C25混凝土，横梁每隔14~16m设置一道伸缩缝，宽度为2cm，并用沥青麻絮进行填塞。
具体断面图如图1所示：图1 K41+414高边坡断面示意图2、边坡变形破坏形成机理分析2.1机理分析边坡变形破坏由内部和外部因素共同作用的结果，研究表明，边坡岩层的稳定性主要受到岩层结构面产状、起伏度、粗糙度等特性的影响，也就是边坡变形破坏的内部因素。
K41+414高边坡主要由薄厚层粗细砂岩组成，层理面和节理面相对比较光滑，而且岩层中普遍存在泥化夹层，具有很强的滑动性，在雨季或者受到外力影响下，就会发生严重的溜塌和垮塌现象。
层面和坡面比较接近顺倾构造，并在坡脚出存在临空出露现象，岩体自重作用下，就会导致边坡塌滑现象。
较破碎顺层岩质边坡破坏机理及治理对策研究
102交通科技与管理工程技术 随着我国国民经济的快速增长及西部大开发建设的不断发展，城市建设及土地开发利用，城市道路及建筑物周边的环境边坡—城市边坡在山区城市建设中日益增多[1-3]。
贵州省地处我国西南地区，主要以山地及丘陵地形为主，其地质构造复杂，岩土体结构多变。
山区城市道路建设过程中对坡体进行大量的挖方，破坏了地质体原有的应力平衡，在强降雨等自然营力作用下极易诱发滑坡，不仅产生了巨额的滑坡治理费用，同时还给工程建设及人民生命财产构成了严重的威胁。
因此，合理有效地治理滑坡对城镇道路的建设而言具有十分重要的意义。
滑坡实质上是边坡坡体渐进、动态破坏的过程[4]，同时滑坡治理工程是一项复杂的系统工程，其主要表现在：①滑坡影响因素的多样性：滑坡受到地质构造、岩土体力学性质、地应力、降雨、工程扰动、时间等因素的综合影响，滑坡体的变形破坏通常是一种极其复杂的现象；②治理措施的适用性：滑坡的治理措施有抗滑桩、挡墙、锚索、排水、清方等，各种措施针对具体的工程地质条件及处治要求具有不同的适用性；③被保护对象的重要性：针对被保护对象的重要性不同，对于滑坡处治要求也不同，滑坡的安全系数取值也不同。
滑坡的变形破坏机理分析和研究是滑坡治理工程中的核心内容，准确地认识滑坡变形破坏机理是滑坡治理工程的关键工作。
本文以贵州某新区某市政道路滑坡为研究对象，根据滑坡区的岩土体特征，对该滑坡影响因素、滑坡变形演化过程进行分析，研究该滑坡变形破坏机理并根据边坡区的工程地质条件采用合理可行的治理对策，结合深层位移监测，检验治理效果，对于类似滑坡的防范和治理具有一定的借鉴作用。
1 工程概况 滑坡区位于贵州高原中部，总体地形南部略高，北部略低，属云贵高原溶蚀-侵蚀型低中山和高原溶丘洼地地貌，区内地势起伏大，地表受剥蚀、溶蚀作用强烈，坡体植被较发育，多为林地。
场区地质构造复杂，位于高峰断层与马场断层之间，受构造影响，路段区岩体节理极发育，岩体较破碎。
顺层滑坡变形破坏过程分析
２０ ０ ７年第 ９期 总第 １ １ １ 期
福
建
建
筑
Ｎｏ ・２ ７ ９ ００ Ｖｏ ｌ・１ １ １
Ｆ ｉ ｎ Ａ ｃ ｉ ｃ ｕ ｅ＆ Ｃｏ ｓｒ ｃｉ ｎ ｕｉ ｒｈｔ ｔｒ ａ ｅ ｎ ｔｕ ｔ ｏ
顺 层 滑 坡 变 形 破 坏 过 程 分 析
Ａｎ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ Ｐｒ ｃ ｓ ｆＤｉｉ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｄｅ ｏｒ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｉｕ ｅ ｏ ｃ ｍ ｐ ｓ ｄ —ｒ ｃ Ｂｅ ｉ ａｌｓｓ ｏ ｈ ｏ ｅ ｓ ｏ ｓｎｔ ｇ ａｔｏ ｆ ｍ ｔｏ ｎ Ｆａ ｌ ｒ ｆＤｅ ｏ ｏ ｅ － ｏ ｋ ｄｄ ｎｇ Ｌａｎ ｌｄｅ ｄｓｉ
ｓｓ，ｅ ａｕａｉｎ ａｎ ｏ ｅ ａ ｔｏ ｈ ｓｔｐｅ ｏ ａ ｄ ｌｄ ． ｉ ｖ ｌ ｔ ｏ ｄ ｆｒ ｃ ｓ ｆｔ ｉ ｙ ｆｌ ｎ ｓｉ ｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｂ ｄ ｉｇｌｎ ｓｉｅ ｅａｔｃ—ｐａｔ ＥＭ ｃ ｎａ ｔａｇ ｒｈ ｙ ｒ ｓ： ｅ ｄｎ ａ ｄ ｌ ｌｓｉ ｄ ｌ ｉＦ ｓ ｃ ｏ ｔｃ ｌｏｉ ｍ ｄｓｎｅ ａｉｎａ ｄｆｉ ｒ ｔ ｉ ｔｇ ｔ ｎ ａｌ ｅ ｉ ｒ ｏ ｕ
ｔｃ ｌｓｉ ａ ｔｅａ ｔｃ— ｐａ ｔｃ ＦＥＭ ｔｅ ｇｈ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ｍ ｅｈ ｄ，ｔ ｎｅ ａ ｔ ｂ ｌ ｙ ｃ ｅ ｃ ｅ ｔｏ ｂ ｉ ａ ｄ ｌｄ ｓｃ ｍｐｕｅ ｌｓｉ ｓｒ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔｏ ｔ ｏ ｈｅｉ ｔｇ ｌｓａ ｉｉ ｏ ｆ ｉ ｎ ｆｄｅ ｒｓ ｌｎ ｓｉ ｅ ｗａ ｏ ｒ ｔ ｉ ｔｄ ａ ｄ ｉｓｓａ ｉｉｙａ ｎ ｔ ｔ ｂｌｔ ｎｄ
１ 引 言
目前用于滑坡 稳定性分析的方 法大体上可分为定性 分析
由于风化岩质顺 层滑坡滑体 总是沿 下伏岩 层面滑 动 ， 所 以分析该类 型滑坡变形 破坏过程 时 ， 只有采用 解决 高度状态 非线性 问题 的接触算法 ， 能对该类 型滑坡所 处 的实 际状态 才 进行准确 的评价 。
岩质边坡的变形和破坏特征
岩质边坡的变形和破坏特征
岩质边坡是指由岩石组成的边坡，具有较高的强度和较低的可变形性。
然而，岩质边坡仍然存在一定的变形和破坏特征，主要包括下面几个方面：
1.层理面滑移：岩石中存在着不同层理面的存在，当边坡上的岩石层
理面滑动时，会导致边坡的变形和破坏。
这种滑移主要是由于接近边坡的
岩层上存在的裂隙和推力等因素所引起的。
2.质体滑移：边坡中的岩石质体在自身重力作用下发生滑动，导致边
坡的变形和破坏。
这种滑移通常发生在岩坡上的一种或多种间隙、裂隙或
层理面中，形成了岩体的滑移面。
3.岩石破碎：当岩石的内部强度低于外力引起的应力时，岩石会发生
破碎，导致边坡的变形和破坏。
这种破碎主要是由于边坡上的应力集中引
起的。
4.应力弛放：边坡上的岩石在外力作用下发生弹性变形，当外力消失时，岩石会恢复原有的形态。
然而，由于边坡上的岩石具有一定的不均匀
性和异质性，可能存在一些弱点和缺陷，这些地方容易产生应力弛放，导
致边坡的变形和破坏。
5.水力作用：当岩石中存在水分时，水分会渗透到岩石裂隙中，引起
边坡的变形和破坏。
这种水分产生的变形和破坏主要是由于水分的质量变
化引起的，例如水分冻胀引起的边坡冻融变形和破坏。
综上所述，岩质边坡的变形和破坏特征主要包括层理面滑移、质体滑移、岩石破碎、应力弛放和水力作用等。
了解和分析这些特征对于科学评
估岩质边坡的稳定性和进行边坡治理具有重要的意义。
试论顺层岩质路堑边坡的破坏模式及设计对策
试论顺层岩质路堑边坡的破坏模式及设计对策摘要：顺层岩质路堑边坡的稳定性较差，容易受地层岩性、地形地貌和水文特征等影响发生变形，也容易在工程建设活动中被破坏。
在进行边坡工程设计之前，首先要对顺层岩质路堑边坡的失稳原因进行分析，对顺层岩质边坡进行分类并总结出常见的破坏模式，进而采取有效的加固措施，合理进行施工设计，保证工程建设的顺利进行和施工安全。
关键词：顺层岩质；路堑边坡；破坏模式；设计前言：随着社会经济的快速发展，矿山、水利、交通等工程数量越来越多，并遇到许多岩质工程边坡情况。
顺层岩质边坡是其中的一种，由于其倾斜方向与基岩倾向基本一致，容易受地质条件和工程施工影响，边坡稳定性较差，容易发生变形和滑移，最后导致边坡拉裂破坏，对工程施工安全造成严重影响。
因此，对顺层岩质路堑边坡的失稳云因和破坏模式进行分析十分重要，是相关工程施工设计的重要前提。
一、顺层岩质边坡的分类对顺层岩质边坡进行分类，主要可以采用4种分类方式：（1）按岩性进行划分，可将顺层路堑边坡划分为软质岩边坡和硬质岩边坡两种类型。
其中，软质岩边坡包括页岩、砂岩、泥岩和砂泥岩等，硬质岩边坡包括板岩、灰岩和白云岩等；（2）按岩层组合特点进行划分，可将顺层路堑边坡分为单层岩性、双层岩性和互层岩性几种类型。
其中，双层岩性边坡一般上部为硬质岩层，下部为软质岩层，互层边坡则分为泥岩页岩互层、砂泥岩互层等情况；（3）按岩层倾角大小进行划分，可将顺层岩质边坡分为缓倾角、中倾角和陡倾角几种类型。
其中，缓倾角边坡的倾角为5~15°，中倾角为15~35°，陡倾角为35~60°；（4）按岩层厚度进行划分，可将顺层边坡分为薄、中厚、厚、巨厚等几种类型[1]。
二、顺层边坡破坏模式的主要类型（一）破坏类型分析根据顺层岩质路堑边坡的岩层走向、形态、倾角大小和组合特征，以及实际工程的施工状况，可以将顺层边坡的破坏模式分为滑移破坏、滑移拉裂破坏、滑移弯曲破坏、滑劈破坏、楔形体滑移失稳破坏等几种模式。
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顺层岩质边坡变形破坏规律的分析解联库1,杨小聪1,杨天鸿2,唐春安2,郭利杰1(11北京矿冶研究总院,北京 100044; 21东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110004)摘 要:使用RFPA 边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。
结果表明,边坡的破坏主要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展,含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。
这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。
关键词:采矿工程;顺层边坡;RFPA 边坡版;软弱结构面;阶梯式变化中图分类号:TD85416 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2007)02-0075-05收稿日期:2006-11-24基金项目:三峡大学防灾减灾实验室开放基金资助项目(2002ZS03)作者简介:解联库(1972-),男,陕西兴平市人,工程师,硕士,主要从事边坡稳定性分析及采矿工程等方面的研究。
岩体经过漫长地质演化作用,在其内部形成大量断层、节理、层理等地质弱面。
这些地质弱面对岩质边坡的变形破坏以及边坡的稳定起着明显地控制作用[1-4]。
由于结构面是控制岩石变形、破坏的主要因素,因此,在岩质边坡稳定性分析中,准确考虑结构面的影响是十分重要的。
因为岩体本身结构的复杂性,其软弱结构面分布十分复杂,但大多都具有一定的规律性。
其往往是成组分布,多组交叉。
在评价结构面对边坡变形及边坡稳定性的影响时,要特别注意结构面的产出状态与边坡面的相互关系。
冯君等[5-6]采用多层结构模型,对影响顺层岩质边坡稳定性的部分因素进行了分析,给出了顺层边坡的定义。
张菊明等[7]从动力学角度对层状岩体边坡的稳定性进行研究,丰富了边坡稳定性研究的内容。
郑颖人等[8]利用有限元强度折减法对节理岩质边坡进行稳定性分析,为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的路径。
刘小丽等[9]采用机动位移法和能量系数对含多个柔软夹层的岩体边坡的稳定性进行评价,并用极限平衡法验证该方法的可行性,为边坡稳定分析提供了一种新的便捷、有效方法。
利用能够分析岩石破坏过程的RFPA 边坡版有限元程序,对顺层岩质边坡的变形破坏及稳定性进行分析。
通过对含软弱结构面的顺层岩质边坡变形破坏进行分析,发现边坡的破坏主要是沿滑动面附近软弱结构面进行的,得到了一些新颖的和有意义的结论。
1 RFPA 边坡版分析程序简介所用的RFPA 边坡版是可以分析岩质边坡变形破坏过程的有限元强度折减程序。
其可以考虑岩石材料的非均匀性,首先把岩石离散成适当尺度的细观基元,按照给定的Weibull 统计分布函数对这些基元的力学性质进行赋值,这些细观基元可以借助有限元法来计算其受载条件下的位移和应力,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑岩石材料的剪切破坏和拉伸破坏[10]。
RFPA 边坡版分析程序采用有限元强度折减法,就是在弹塑性有限元计算中将岩土体强度参数逐渐降低直到其产生破坏,程序可以自动根据其弹塑性计算结果得到边坡的动态破坏过程及自动搜索破坏时滑动面。
RFPA 边坡版中稳定性系数的定义和传统的弹塑性有限元边坡稳定性系数的定义在本质上是一致的,不同之处在于传统的弹塑性有限元法破坏准则采用摩尔-库仑屈服准则,只考虑了材料的剪切破坏,而RFPA 边坡版中考虑了材料的非均匀性,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑材料的剪切破坏和拉伸破坏,可以动态模拟岩体的渐进破坏过程,使得RFPA 边坡版在岩石材料破坏机理的分析上更为全面。
RFPA 边坡版中基元在理想单轴受力状态下满足的剪切损伤与拉伸损伤本构关系如图1所示,图1中:f c 0-基元的单轴抗压强度;E c 0-基元的最大压缩主应力达到其单轴抗压强度时对应的最大压缩第59卷 第2期2007年5月有 色 金 属Nonferrous M etalsVol 159,No 12 M ay 2007主应变;f cr -基元残余抗压强度;E t u -基元的极限拉伸应变;G -极限应变系数(E tu =G @E t 0);K -基元的残余强度系数(f cr =K @f c 0,并且假定f tr =K @f t 0);f t 0-基元的单轴抗拉强度;f tr -基元初始拉伸损伤时的残余强度;E t 0-弹性极限所对应的拉伸应变,该应变可以叫做拉伸损伤应变阀值。
基元在三维应力状态下的本构模型及参数关系,在文献[11]中有全面系统介绍。
图1 基元单轴应力状态下的弹性损伤本构关系F ig 11 Elastic damag e constitutive law of elementsubjected to uniax ial str ess2 具有一条软弱结构面的岩质边坡如图2所示,具有一条软弱结构面的岩质边坡,结构面倾角45b ,贯通率100%。
边界条件为左右边界水平约束,底部边界固定约束,其余边界为自由边界。
只研究边坡在重力作用下随强度折减稳定性问题。
岩体以及结构面计算物理力学参数见表1。
图2 具有软弱结构面的岩质边坡F ig 12 Rock slope w ith w eak structure surface表1 物理力学参数计算取值T able 1 M echanics parameters of numerical model材料名称弹性模量/M Pa 泊松比重度/(kN #m -3)内聚力/M Pa 内摩擦角/(b )岩体100000122511038结构面10013170113226211 具有一条软弱结构面的岩质边坡破坏模式通过RFPA 边坡分析程序计算,此边坡的安全系数为1104,与通过极限平衡法求得该边坡的安全系数11041基本一致。
计算求得滑动面及位移矢量图分别见图3和图4。
图3和图4表明边坡的变形破坏主要是沿软弱结构面发生。
边坡底部剪应力较大(亮度较高),而软弱结构面的强度较低,故破坏面首先在软弱结构面的底部出现,然后破坏面沿软弱结构面继续向上发展,最后破坏面贯通,软弱结构面以上的坡体产生整体滑移失稳破坏(详见图3)。
(a)-初期剪应力图;(b)-滑动破坏面出现;(c)-滑动破坏面贯通图3 剪应力图F ig 13 Plot of shearstress图4 边坡位移矢量图Fig 14 D i splacement vectorg raph o f slope212 具有一条软弱结构面的岩质边坡的变形规律图5为边坡临近破坏时坡顶下沉曲线图,曲线图中竖直部分为滑动面所在位置。
从图5可以清晰地看出,滑动面前部分竖直方向位移较大,表明滑动面沿软弱结构面贯通后滑体产生整体滑移。
在软弱结构面上拉一条竖直直线,研究这条直线所在位置水平位移变化情况(如图3C 所示)。
从图6可以发现,滑动面以上破坏部分整体水平位移较大,以下部76有 色 金 属 第59卷分水平位移非常小。
这些充分说明滑体的破坏模式是沿结构面滑移破坏,软弱结构面是控制边坡滑移模式的主要因素。
图5 坡顶下沉曲线F ig 15 Sinking curv e in the crest ofslope图6 边坡水平方向位移曲线F ig 16 Curve of hor izontal displacement3 具有两组软弱结构面的岩质边坡如图7所示,一岩质边坡,含2组方向不同的软弱结构面,贯通率为100%。
第1组软弱结构面倾角75b ,平均间距5m 。
第2组软弱结构面倾角30b ,平均间距5m 。
边界条件为左右边界水平约束,底部边界固定约束,其余边界为自由边界,研究边坡在重力作用下随强度衰减稳定性问题。
岩体以及结构面计算物理力学参数见表2。
图7 具有两组软弱结构面的岩质边坡Fig 17 Rock Slope wit h double groups of w eakstructure surface表2 物理力学参数计算取值T able 2 M echanics parameters of numerical model材料名称弹性模量/M Pa 泊松比重度/(kN #m -3)内聚力/M Pa 内摩擦角/(b )岩体1000001252511038第1组结构面2000013517011224第2组结构面2000013517011224311 具有两组软弱结构面的岩质边坡破坏模式通过有限元强度折减,计算求得的安全系数为214。
因坡脚处剪应力比较大,首先在坡脚处产生剪切破坏,破坏沿软弱结构面向上扩展,接着在坡顶产生拉伸破坏,然后破坏沿软弱结构面向下发展。
当破坏继续发展到一定程度,就会在坡脚和坡顶分别出现宏观破裂带,最终上下宏观破裂带贯通,岩体发生整体滑移破坏,同时出现第二条破裂带。
可见滑动破坏面是由坡脚处的剪切破坏带和坡顶处的拉伸破坏带贯通形成的宏观裂纹组成,宏观裂纹主要沿软弱结构面萌生、发展并最终贯通,裂纹附近的软弱结构面对裂纹发展起主导作用。
边坡破坏过程如图8所示,从图8可以发现,软弱结构面是控制边坡滑移模式的主要因素。
(a)-滑动破坏面发展;(b)-滑动破坏面完全贯通;(c)-边坡失稳破坏;(d)-边坡失稳后续节理倾倒破坏图8 RFPA -Slope 模拟得到的边坡的破坏过程Fig 18 Failure mode of rock slope w ith double g roups of weak structure sur face (obtained with rfpa -slope)77第2期 解联库等:顺层岩质边坡变形破坏规律的分析312 具有两组软弱结构面的岩质边坡的变形规律图9和图10分别是边坡接近破坏时坡顶下沉和水平位移变化曲线。
从图9可清晰看出,首先坡顶主滑动面前水平位置下沉位移较大,其次是主滑动面后的曲线呈阶梯式变化,表现为主滑动面后的软弱结构面之间也产生下沉且幅度依次减弱,说明边坡主滑动面后地表下沉也受软弱结构面影响。
图9 边坡接近破坏时坡顶下沉曲线F ig 19 Sinking curve in cr est near slope breaking down图10 边坡水平方向位移曲线Fig 110 Curve of ho rizontal displacement为研究边坡在水平方向位移变化情况,在边坡上划定一条竖直直线,见图8(a),观察这条直线所在位置单元的水平位移。
从图10可以发现,主滑动面以上部分水平位移变化较大,其以下部分水平位移非常小,表明在边坡破坏初始,滑动面所处位置变形比较大,但边坡滑动体整体此时尚未产生大的滑动。
4 结论软弱结构面对边坡的变形破坏及边坡稳定起着明显地控制作用。
使用RFPA 边坡版分析程序对含软弱结构面的岩质边坡变形破坏进行分析,获得以下几点结论和认识。