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      地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討

      2017-01-19 23:21:32曾憲靜
      關(guān)鍵詞:法向力巖塊巖質(zhì)

      曾憲靜

      摘要:對(duì)于陡傾層狀巖體邊坡,其經(jīng)常發(fā)生傾倒破壞,根本原因都是地震導(dǎo)致的。為了保證工程的施工質(zhì)量,結(jié)合相關(guān)的塊體極限平衡理論,針對(duì)巖塊長細(xì)比較大的情況,對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒破壞情況進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)于一些簡單的反傾邊坡,分析其在地震作用下發(fā)生傾倒破壞的情況,詳細(xì)闡述問題發(fā)生的環(huán)節(jié)和解決措施,在此基礎(chǔ)上,總結(jié)出了處理這類問題的巖塊間法向力、破壞模式轉(zhuǎn)變點(diǎn),坡腳剩余下滑力計(jì)算公式等,希望給有關(guān)人士一些借鑒。

      關(guān)鍵詞:地震作用;巖質(zhì)邊坡;傾倒破壞

      在進(jìn)行一些工程施工中,會(huì)遇到傾倒破壞是陡傾層狀巖體,在實(shí)踐中容易發(fā)生變形破壞,在地表臨空附近的坡體淺位置發(fā)生的概率較大。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)無論是在人工邊坡中,還是自然邊坡都容易發(fā)生傾倒破壞問題。例如在山區(qū)的高速公路工程中,在水利水電工程中,在露天礦開采中,都有可能發(fā)生。下面就結(jié)合工程實(shí)例,分析其發(fā)生的原因,總結(jié)處理措施。

      1地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討

      1.1對(duì)連續(xù)分析法的分析

      在研究中發(fā)現(xiàn),如果節(jié)理的間距t減少到無限小,也就是說巖塊的長細(xì)比為h/t→∞,對(duì)于巖塊而言,就可以視為寬度dx微分體,為了方便理解,特附圖1所示,結(jié)合相關(guān)人員的研究分析,提出了極限平衡的方程,這樣就能推導(dǎo)出在地震荷載作用下,巖塊極限平衡的微分方程,再結(jié)合相關(guān)的邊界條件,利用積分對(duì)其進(jìn)行合理的解釋。

      上圖就是邊坡的幾何圖形,從中不難看出,邊坡被破壞掉面的基線,以及邊坡表面的形狀不是固定的,可以是任意形狀的,為了對(duì)其做進(jìn)一步分析,可以分別用ys(x)和Yb(x)表示。在分析的過程中,假設(shè)巖塊底面垂直于節(jié)理,而其破壞面的基線,都是由很多個(gè)小臺(tái)階構(gòu)成的。為了有效對(duì)這一問題進(jìn)行分析,建立坐標(biāo)系,要求X軸與Y軸分別和節(jié)理垂直,和節(jié)理平行。然后再根據(jù)相關(guān)的理論分析,第—理論,對(duì)于陡傾裂隙面,一定要符合極限摩擦平衡的條件。第二理論,對(duì)于巖塊之間的作用力而言,其所在的作用點(diǎn)一定要在巖塊界面的最上端,只有這樣才能保證最終的質(zhì)量要求。

      1.2分析相關(guān)的力學(xué)模型

      通過上述情況的假設(shè),建立一個(gè)研究模型,在地震的作用下,實(shí)際的邊坡傾倒力學(xué)模型。

      在該模型當(dāng)中,是以M點(diǎn)作為轉(zhuǎn)軸,在地震作用下,就可以得出i巖塊的力矩平衡方程為(p+dp)(h+dh)-p(h+dyd/dX)dx+ptan θdx=(Wisina+kWicosa)b/2+

      (kWisina+kWicosa)h/2+(kWisina-Wicosa)dx/2.在該公式中,P、P+dP分別是巖塊在巖塊上作用的法向力,而h作為巖塊的高度,對(duì)于k而言,其是地震的影響系數(shù),a是陡傾裂隙法向視傾角。業(yè)內(nèi)人士都知道,巖塊重力Wi=yhdx,然后略去高階無窮小,將該函數(shù)代入到上式中,就可以得到dp/dx+l/h(dys/dx+tan θ1)P=1/2 rhsina+1/2kyhcosa。以此為基礎(chǔ),就可以得到在極限滑動(dòng)平衡條件下巖塊底部的正應(yīng)力和切應(yīng)力。

      1.3分析辨別失穩(wěn)模式的方法

      2分析相關(guān)的實(shí)例

      上述就描述了連續(xù)性方法的基本情況,分析了在地震作用下,對(duì)開挖的邊坡進(jìn)行分析,如下圖所示,其破壞面的基線已經(jīng)穿過坡腳,之間的傾角用θ表示,有利于以后的分析工作,在此基礎(chǔ)上,建立一個(gè)坐標(biāo)系,具體情況如圖3所示,

      OX軸垂直于節(jié)理傾向,也就是α=900-η。就可以得到坡面函數(shù)和破壞面基線函數(shù),計(jì)算出巖塊的高度。

      2.1對(duì)解析分析法的論述

      從以上的公式中可以得出,其結(jié)合邊界的條件為x=0,p=0,就可以計(jì)算出坡頂AB段的傾倒破壞時(shí)陡傾節(jié)理法向力,在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn),如果陡傾節(jié)理視傾角α和地震影響系數(shù)k不能滿足公式,那么這個(gè)平面滑動(dòng)就會(huì)被破壞掉,在這種情況下,問題就變得簡單,通過公式就可以計(jì)算BC段巖塊底部的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。而在地震荷載作用下,如果這個(gè)巖塊出現(xiàn)傾倒破壞,當(dāng)ψ<ψi,在坡腳位置的巖塊,其法向力如果等于0,就表示該邊坡長期都是極限平衡的狀態(tài),如果ψ>ψi,在公式中指數(shù)為負(fù)值,那么在x到L的時(shí)候,這一段巖塊的法向力就會(huì)向無限大發(fā)展,但是這種情況不滿足實(shí)際情況。由此可見,這就肯定會(huì)存在一點(diǎn)xT,xT就是邊坡由傾倒破壞轉(zhuǎn)變成滑動(dòng)破壞的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。除此之外,還存在ψ<ψi,ψ>ψi,ψ=ψi,三種情況。通過以上的分析可以得知,在地震的作用下,其能夠有效改變反傾邊坡的破壞模式,在地震影響系數(shù)不斷增大的情況下,邊坡的破壞情況,開始從傾倒向滑動(dòng)破壞發(fā)展,進(jìn)而變?yōu)檎w的滑動(dòng)破壞,其造成的后果是非常嚴(yán)重的。除此之前,當(dāng)工程的邊坡出現(xiàn)傾倒一滑動(dòng)問題后,在函數(shù)公式中,如果k值開始不斷的增大,其轉(zhuǎn)變點(diǎn)就會(huì)不斷向后移動(dòng),在此基礎(chǔ)上,滑動(dòng)前面的范圍就會(huì)增大,綜上所述,由于地震的作用,在實(shí)際工程中,其對(duì)邊坡傾倒的穩(wěn)定性有非常大的影響,在k值不斷增大的前提下,坡腳剩余的下滑力也會(huì)不斷增大,如果在邊坡設(shè)計(jì)過程中,在抗震方面有要求,在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),不僅要分析邊坡傾倒的穩(wěn)定性,也要同時(shí)對(duì)地震情況進(jìn)行分析。

      總結(jié):通過以上對(duì)地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討,發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中,要對(duì)地震情況多加考慮,而且結(jié)合其設(shè)計(jì)要求,實(shí)際情況,以及條件的不同,要做好設(shè)計(jì)工作,使用連續(xù)分析法,建立數(shù)據(jù)模型等,如果巖塊的長細(xì)比在20以上,使用的顯式解析法精度很高,有利于對(duì)反傾邊坡的破壞模式進(jìn)行分析。

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