顺层岩质边坡不稳定岩层临界长度分析

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时不会将岩层挖断， 边坡的稳定已是岩层弯曲变形稳 定问题
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中， 岩层沿开挖边坡面出露的层面滑动， 其不稳定长度 由式 （C） 计算得到。 （"） 自然边坡段岩层失稳长度
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， 或者是整体滑动问题。
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顺层岩质边坡不稳定岩层临界长度分析
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和 “岩桥” 的等效抗拉强度为 $’ 。因卸荷及风化影响， 岩体等效抗拉强度 $’ 和层面抗剪强度参数 （ $ ! 及 %! ） 都会随卸荷及风化程度而降低， 因此， 设 $! ， %! 和$’ 与 分析点到坡面距离 （ ( % (! ） 的变化为 $ ! ! *（ > $= ! $ ( % (! ） %! ! *（ . ( % (! ） 式中
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查结果和层面及岩体强度的室内外测试结果或类比确 定。非扰动段， $! ， %! 和$’ 取层面和岩体天然新鲜状态 下的相应值。 （&） 开挖边坡段岩层失稳长度
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来自百度文库
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图! )#*+ (
顺层边坡岩层破坏过程
图$ )#*+ 8 自然坡角与岩层倾角相同的边坡 9:0 3#,"’ -$-7;’#. <2607 23 506,2.4 "7210
（B）
（&） （A） 代入 边坡岩块 +! ,! - 处于极限状态。将式 C式 式 （B） ， 计算出顺层边坡失稳破坏岩层极限长度 " . ! 为 " . ! !（A +& % A +( $ = ! % 8 * . ） D? +( 式中 & （ （ !"#$ "#$ .2" # # % *$） " % #） ( +& ! .2" " & ( （ ） （ ） "#$ .2" * "#$ % % # ! # # $ " ( +( ! *$ .2" " （E）
［!， "］ 变形破坏失稳模型 ，并得到了实际现象证实； 对于
稳的临界长度有多大， 实际设计时， 往往凭经验选取一 个长度来进行支挡结构设计， 如铁路设计一般取 *% 并根据一般顺层边 F。本文结合渝怀铁路论证设计， 坡的结构特征， 对其失稳的临界长度进行了探讨。
图! G:7# !
顺层边坡岩层破坏特征
邓荣贵， 等 H 顺层岩质边坡不稳定岩层临界长度分析
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重为!! ，第 ! 层岩体在开挖边坡上的出露斜长为 " ! ， 则 第 ! 层岩层厚度 #! 为 （ （&） #! ! " ! "#$ " % #） 设第 ! 层岩体底层面摩擦系数为 $ ! ， 黏聚力 为 坡体中发育走向与岩层走向一致， 铅直的密集节 %! ， 理， 整个边坡岩体的容重 ! 和岩体抗拉强度$’ 取其各 层厚度的加权平均值， 即
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已有开挖边坡失稳滑动调查发现， 顺层边坡失稳 多数是从自然边坡表层坡缘开始， 沿层面滑动， 并向自 然边坡上部发展。边坡失稳破坏的形式和过程， 取决 于岩层倾角、 层面强度参数、 岩体抗拉强度等。
开挖边坡段 （ (! " ( " ( = % ’-$ ， 图（ 8 -） #! # ’ ）
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邓荣贵! ， 周德培! ， 李安洪" ， 王
（! # 西南交通大学 土木工程学院， 四川 成都
科"
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四川 成都 $!%%&!； " # 铁道部第二勘测设计院，
摘
要： 顺层状岩质路堑边坡及其支护设计是公路和铁路路基设计难题之一， 陡倾状顺层边坡不稳定岩体可以清掉， 但清方量较大的
缓倾角和中等倾角顺层状岩质边坡， 其失稳破坏范围是设计人员最关心的问题。结合重庆至怀化铁路的论证设计， 建立了顺层边坡岩 体失稳破坏长度计算式， 利用沿线自然顺层状边坡失稳破坏的调查测试资料进行对比分析， 结果表明效果较好。 关键词： 顺层状岩质边坡； 边坡稳定； 边坡失稳长度； 公路与铁路边坡 中图分类号： ’( )*+ 文献标识码： , 文章编号： （"%%"） !%%% - )*). %" - %!+. - %* 作者简介： 邓荣贵 （!/$% - ） ， 男， 四川自贡人， !/.$ 年硕士毕业于重庆大学， !//) 年博士毕业于成都理工大学， !//$ 年在日本东京大 学进修， 主要从事岩土工程、 地质工程和环境工程方面的教学、 科研和设计工作。
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顺层边坡不稳定岩层长度计算
设边坡走向与岩层走向一致， 边坡可简化为平面问
倾角比岩层倾角大的，后缘完全被节理切断的顺层边
［&， )］ 坡， 提出了刚体滑移破坏模型 ， 见图 !。
题， 建立如图 " 所示的模型。设岩层倾角为 ! ， 开挖边 坡坡角为" ， 开挖边坡之上的自然边坡坡角为"! ， 开挖 边坡坡顶到坡脚的岩层序号分别为 !， 各层的容 "， !， "，
设第 ! 层顶面、 底面与开挖边坡面交点的 ( ， )坐 标值分别为 （ (! %& ， 和 （ (! ， ， 开挖边坡坡顶的 ( ， )! %& ） )! ） 则有 ) 坐标值为 ( = ， )= ，
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不再受到扰动时， 失稳滑动到一定程度也就不再往上
!
前
言
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［*］ 发展 。那么， 岩层会滑到什么位置就不再滑动， 即失
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。实际 工程中， 常将走向与岩层走向夹角小于 "%E、 倾向接近 的边坡视为顺层边坡。在陡倾角的天然顺层边坡上开 挖路堑时， 路堑边坡角的设计值往往与岩层倾角一致； 在缓倾角的天然顺层边坡上开挖路堑时， 虽然会将岩层 切断， 但因层面的抗剪强度能足以使被切断岩层保持稳 定， 而不需花费太大资金进行护坡； 而在中等倾角的天 然顺层边坡上开挖路堑时， 不可避免地将岩层切断， 被 切断岩层的稳定状态主要取决于岩层倾角和层面的抗 剪强度。许多学者对顺层边坡的变形特征、 破裂机制与 破坏过程进行了大量研究， 针对边坡不同结构， 提出了 边坡岩层变形破坏过程模型。对于倾角较大且与岩层 倾角相同的顺层开挖边坡， 提出了岩层滑移弯曲拉裂的
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（8）
（F）
边坡开挖后， 假设边坡岩体沿第 ! 层岩体底层面 滑动时， 坡体内沿节理和节理间的 “岩桥” 拉裂， 节理面
当开挖边坡坡角 " 等于岩层倾角#， 或者 # 等于 或者 ’-$ 边坡开挖 F=G， " . ! 趋于无穷大。此时， # ! $ ! 时，
$
开挖边坡面出露的岩层， 其编号顺序与前述的相同， 而 自然边坡段 （上坡） 岩层编号则按由坡前缘往坡后缘的 顺序编排。若坡缘不在岩层层面处， 而在某层内， 则以 坡缘为界， 编为两层， 分别划归上坡段和下坡段。 上坡段岩层失稳长度 ’）
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图（ 中，!$! ) ! $ * ./& （ 1 ,） $! % !） ! %#! ，有
实际现象表明， 倾角大于岩层倾角的顺层边坡并 不完全是沿某个层面呈整体性滑动破坏， 而多数是沿 某个或某些层面滑动， 沿岩层中一些间断的节理面拉 开，由下而上逐渐滑动破坏， 并且当坡脚不再开挖或
国家自然科学基金资助项目 （)/"%"%)%） ! 基金项目： 收稿日期： "%%! - %+ - !$
第(期
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自然边坡坡角等于岩层倾角 自然边坡角与岩层倾角相同时， 可建立如图 8 所
示的坐标体系。
（A）
式中
0$’ ! 为岩体的抗拉强度对块体 +! ,! - 产生的拉
力； 0 ’ ! 为第 ! 层岩体底面上的下滑力； 0 $ ! 为滑动层面 上的法向力； 0$! 为滑动层面上的抗滑力。当 0 $! % 0 ’ ! ! =