巖質(zhì)邊坡楔形體失穩(wěn)破壞的穩(wěn)定性分析

文/ 劉立波 四川遠(yuǎn)建建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 四川自貢 643000

1、引言

巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)破壞類型中，楔形體失穩(wěn)破壞是一種典型的破壞形式，尤其是在中等-強(qiáng)風(fēng)化的破碎巖質(zhì)邊坡中，該破壞形式更為常見。因此其穩(wěn)定性分析在實(shí)際工程中具有相當(dāng)重要的地位，受到廣大學(xué)者和工程實(shí)踐人員的重視。目前，一般運(yùn)用赤平投影法、極限平衡法，對楔形體邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，但隨著計(jì)算機(jī)的普及，數(shù)值分析方法越加的展現(xiàn)其不可替代的優(yōu)勢[1-5]。

2、工程概況

本文以四川某老楔形體邊坡失穩(wěn)為例，圖1為該老楔形體破壞槽狀地貌，寬度約15m，高約36m，水平深約3m，楔形體破壞方量約130m3。本文通過地質(zhì)調(diào)查及分析，對該老楔形體滑坡原始地形進(jìn)行還原，再此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。（見圖1 ）

2.1 邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征

邊坡巖體受強(qiáng)烈構(gòu)造作用影響，北東盤地層，靠近斷裂多直立倒轉(zhuǎn)和強(qiáng)烈揉皺，巖體遭受明顯的動力變質(zhì)，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，主要發(fā)育四組結(jié)構(gòu)面，按優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度排序如下：①層面，產(chǎn)狀變化大，27°～62°∠51°～84°，巖層為中到厚層夾薄層，張開最大達(dá)20cm左右 ；②裂隙L1產(chǎn)狀：290°～319°∠49°～84°，為硬性結(jié)構(gòu)面，起伏粗糙，可見延伸長度約15m，間距0.4～0.7m，張開約1cm～15cm，充填黃色粘土；裂隙面與層面切割巖體呈塊狀，為危巖體發(fā)育提供良好巖體結(jié)構(gòu)條件。

圖1 楔形體破壞后的槽狀地貌

2.2 巖土體物理力學(xué)參數(shù)選取

計(jì)算參數(shù)選擇的合理與否，特別是滑動帶粘聚力和摩擦角的取值，對評價(jià)穩(wěn)定性顯得尤為重要。本文計(jì)算參數(shù)見下表1，

表1 計(jì)算參數(shù)

3、楔形體邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 極限平衡法分析

通過對該老楔形體滑坡進(jìn)行地質(zhì)還原后，其受力分析如圖2所示，由靜力平衡關(guān)系可知：

圖2 沿交線視圖的受力分析

式中：R1、R1—結(jié)構(gòu)面1、2的法向作用力；

ζ—兩結(jié)構(gòu)面夾角；

β0—楔形體的偏斜角；

W—楔形體重量；

βj—結(jié)構(gòu)面交線傾角。

聯(lián)立求解可得：

其穩(wěn)定系數(shù)為：

帶入?yún)?shù)，可得Fs=0.97。

3.2 數(shù)值模擬分析

（1）計(jì)算模型

計(jì)算模型長度（X方向）取70m，寬度（Z方向）50m，高（Y方向）60m。模型側(cè)緣邊界和底面邊界，均采用單向約束形式，模型表面為自由邊界。

（2）數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果及分析

ansys建模之后，通過ansys to flac軟件導(dǎo)入FLAC3D建立邊界標(biāo)間，進(jìn)行加載求解。采用FLAC3D軟件的內(nèi)置的強(qiáng)度折減法求解安全系數(shù)，其求解結(jié)果如圖3所示。

圖3 安全系數(shù)、剪切應(yīng)變增量圖及速度矢量圖

通過數(shù)值方法模擬得到該楔形體邊坡破壞前的穩(wěn)定性系數(shù)FS=0.93,從剪應(yīng)變增量及速度矢量圖可以得到，該楔形體破壞區(qū)域剪應(yīng)變增量明顯更加集中，并且速度矢量明顯大于其他區(qū)域，說明該楔形體已經(jīng)出現(xiàn)了明顯滑動，即已經(jīng)發(fā)生破壞；

結(jié)論：

通過對初始應(yīng)力狀態(tài)下邊坡的數(shù)值模擬分析表明，該原始邊坡具有明顯的安全問題。在不考慮地震作用力和降水條件的影響下也會發(fā)生破壞。數(shù)字模擬結(jié)果顯示，該邊坡的穩(wěn)定系數(shù)F_s=0.93，與極限平衡法的結(jié)果相近，相互驗(yàn)證了其計(jì)算的正確性，且數(shù)值模擬得到的變形特征也與工程實(shí)際相符合。相比于極限平衡法，數(shù)值模擬能夠更好的獲得邊坡的內(nèi)部應(yīng)力和變形，得出更加全面的結(jié)論。