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范文一：顺层岩质边坡的稳定分析
42道路交通
城市道桥与防洪
２０１１年４月第４期
顺层岩质边坡的稳定分析
刘春波１，敖建辉２
（１．重庆工商职业学院，重庆４０００５２；２．重庆市规划设计研究院，重庆４０１１４７）
摘
要：该文以一顺层岩质边坡的稳定分析，以及边坡防护设计为工程背景，介绍了顺层岩质边坡的一般破环模式、稳定分析
模式，以及运用边坡地质条件对边坡支护进行设计。其成果可供类似工程稳定分析及支护设计时进行参考。关键词：顺层岩质边坡；稳定分析；支护设计中图分类号：ＴＵ４５７
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００９－７７１６（２０１１）０４－００４２－０５
1顺层岩质边坡的破坏模式及其稳定分
析方法
1.1岩质边坡的破坏模式
在工程基本建设中，存在大量的高陡岩质边坡。确保边坡在施工阶段和运营阶段的稳定，对保证工程建设的顺利开展及充分发挥工程建设的功能，起到至关重要的作用。
研究发现，岩体结构的复杂性、多样性，以及赋存环境的差异，决定了其失稳模式是多种多样
研究某一岩质边坡的稳定性，首先通过判断在的。
特定的地质条件下可能的失稳模式，在此基础上再针对已确定的失稳模式，通过数学力学和试验分析方法，确定边坡稳定的安全系数。尽管岩质边坡存在多种失稳模式，但在工程中常见的还是平
楔体破坏［１］。面滑动，圆弧滑动、
典型的岩质边坡的平面滑动破坏通常是滑体沿与山坡倾向大致相近的单一滑面滑移，滑面可以是岩体内发育的构造结构面，如岩层层面、层间软弱夹层和长大断层节理裂隙等。在工程实践中也会遇到非典型的平面破坏，即滑面是由两个或两个以上走向近似、倾角不同的结构面组成的复合滑面。
圆弧滑动，在工程实践中，经常能够见到在岩质边坡内发生弧形滑动破坏的现象。岩体中发生此类破坏模式的条件是，当岩体中的单个块体于边坡尺寸是极其小的，且这些块体由于其形状的关系不是相互咬合的。在这种情况下，大型岩质边
因此，在碎裂和坡的破坏就会以圆弧的模式出现。
散体结构的高度风化或高度蚀变的岩体中发生的滑动，其滑面通常表现为圆弧滑动。
在岩质边坡的失稳模式中，楔块破坏是最常见的一种类型，在边坡失稳模式中占有重要位置。
收稿日期：２０１０－１１－０２作者简介：刘春波（１９７６－），男，山东人，硕士，工程师，从事土木工程教学与研究工作。
楔块是由两条或两条以上的结构面对岩体切割而
滑体同时沿这两个面发生滑移，故其滑移形成的。
方向必然是沿着该两个结构面的组合交线方向，且该交线的倾角必定缓于边坡坡角，并在坡面出露。由于滑体同时沿两个滑面滑动，其力学机制比较复杂，目前还没有成熟的分析手段。
自然界中的岩体都是被一系列断层、层面、挤压带和节理裂隙等结构面切割，形成一个复杂的不连续地质介质。当边坡滑移时，失稳岩体将沿结构面或结构面与岩壳组合形成的滑面滑动。因此岩质边坡的各种破坏形态主要受结构面控制，把握结构面的几何特征，以及岩土特征，是正确判断边坡失稳模式的关键。
1.2岩质边坡稳定分析方法
岩质边坡稳定性的分析评价是一项复杂的系
它涉及工程地质学、岩体力学及计算科学统工程。
等多学科交叉的问题，一直是岩土工程研究的重要内容，到目前为止，也未能很好地解决。岩质边坡稳定性分析评价方法很多，但是最根本的方法就是结合边坡内在地质结构条件和外在的触发因素，对边坡的整体稳定，以及破坏模式进行定性或定量的判定，然后选择合适的工程支护措施，最后选择适
岩质边坡稳定分析评价工当的方法进行稳定计算。
作基本上遵循着一种模式。主要步骤如下：
（１）通过工程地质勘察，以及现场或文字调研获取基础地质资料。
（２）结合多种影响因素（岩体、水体、荷载历程、施工开挖等）对边坡总体稳定性进行定性或半定量评价。
（３）对边坡失稳模式做出判别后，选择与边坡失稳模式相匹配的计算方法进行稳定分析计算。
（４）制定边坡加固及监测设计方案。
2工程概述
2.1工程现状
某道路拓宽改造工程，道路改造时需要将道
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路向两侧进行拓宽，而道路左侧坡顶现有一高压铁塔，以及文物保护建筑物，道路的放坡受到限
边坡现状坡率约为１：０．６￣１。道路扩宽后，将造制。
成对该边坡的进一步开挖，为了确保铁塔及其它建筑物的安全，需要对边坡坡脚进行支挡。道路断面及支挡布置见图１所示。2.2地质条件
根据地勘资料揭示，该段原为道路路堑边坡，边坡最大高度约２２．０ｍ，最大坡角６０°，主要为岩质
道路拓宽后，将在不改变边坡总高度的情况边坡。
下对原边坡坡脚进行切挖，边坡切挖高度约６．７ｍ。根据勘测，边坡倾向１１０°，岩体内存在Ｊ１、Ｊ２两组裂隙面及一组层面。其中，Ｊ１裂隙面２８５°∠６５°，与坡面接近反向；Ｊ１裂隙面２１０°∠５３°，与坡面接近正交；层面１０８°∠２０°，与坡面同向。同时，根据道路横断面测量资料，该边坡坡顶存在两处重要建筑
该边坡岩体类型为ＩＩＩ及文物保护建筑。根据规范，
层面内聚力Ｃ＝３５ｋＰａ，内类，边坡岩体破裂角２１°，
摩擦角φ＝１４°。
3稳定分析
根据岩质边坡稳定分析评价工作的基本步骤，应先结合地质基础资料对边坡的失稳模式做出定性或半定量的判别后，选择与边坡失稳模式相匹配的计算方法，进行稳定安全的分析计算。3.1边坡失稳模式分析
根据地质勘测结果，以及边坡的具体情况，边
Ｊ２两组裂隙面及一组层面。裂隙面坡岩体存在Ｊ１、
Ｊ１与边坡坡面接近反向，裂隙面Ｊ２与坡面接近正
交，并不控制边坡的稳定；而层面与边坡基本同向，为典型的外倾结构面，边坡的稳定性主要受层面强度控制。该边坡坡顶的两处重要建筑及文物保护建筑，均位于潜在滑体之内。直立切坡，边坡岩体易沿层面滑塌，继而影响坡顶建筑物的安全。同时，岩层内部还存在一些小规模且并不规则的细小裂隙。因此，边坡可能的失稳破坏模式主要有以下两种方式。
（１）边坡沿结构外倾层面的滑移破坏，边坡的稳定性主要受层面强度控制，为影响边坡稳定的主要破坏模式。
（２）边坡岩体受各种裂隙，以及层面的交叉切割形成的楔形块坍塌破坏。由于边坡主要受层面的影响，而主要裂隙的走向决定其对边坡的切割分块效应并不显著，因此该类型的破坏模式在该边坡中并不占据主导地位，发生的可能性较小。3.2边坡抗滑稳定计算
根据边坡失稳模式的分析，楔形块坍塌模式发生的几率较小，并不占据主导地位，而且其力学机制比较复杂，影响其破坏的因素较为复杂，目前分析的手段并不成熟。因此该边坡没有必要对楔形块坍塌模式进行稳定分析，仅在支护措施中采取一定的构造措施对可能的楔形块坍塌进行支护。
从典型地质横断面可以看出，岩体层面基本为不同岩性（砂岩与泥岩）或同一岩性不同风化层（中风化与强风化）之间形成的层面，为直线形滑移面，采用滑移线为直线的平面滑动法对岩质边坡的稳定进行计算，计算模型见图２所示。
图1支挡布置示意图(单位：mm)
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图2岩质边坡平面滑动法计算简图
因此，当满足式（１）可认为边坡稳定：
cL+Ntan （φ) K s =
（W+P）sin （θ）
N=（W+P）cos （θ）其中：K s ———边坡稳定性系数；式中：
（１）
γ———岩体重度，ｋＮ／ｍ３；c ———滑移面的粘聚力，ｋＰａ；φ———滑移面的内摩擦角，（°）；L ———滑移面强风化层以下段长度，ｍ；W ———潜在滑移岩体的重力；P ———外界作用于潜在滑移岩体上的内力；N ———作用于潜在滑移面上的法向力；θ———结构面与水平面夹角的倾角，（°）。为计算岩质边坡的稳定性及相互影响，按对典型工程地质横断面图按平面滑动法（式１）进行稳定性计算。计算结果见表１所列。
表1
控制γθ
－３
面／ｋＮ·ｍ／（°）
２５．６
层面
２６．６
２１
６２．５
９４４３
５２６５
３４
１３
２１
边坡稳定计算结果表Ｗ（单宽）φ
Ｐ／ｋＮＣ／ｋＰａ－１
／ｋＮ·ｍ／（°）９０８８
５０００
３５
１４
１．１
Ｋｓ一般
工况
Ｌ／ｍ６２．５
规范要求，因具体情况不能放坡减载时，就必须对边坡进行支护设计。而边坡治理是一项较为复杂的系统工程，合理的支护措施是保证边坡稳定安全的至关因素，同时合理确定项目的施工顺序显得尤为重要。所以为了确保施工和运营过程中路堑边坡的稳定，除采用合理的加固措施外，还必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序，避免施工过程中边坡失稳破坏，造成重大损失，甚至于留下
而边坡后患，影响边坡的长期稳定和运营的安全。
在施工过程及营运阶段的监测也是边坡工程中不应缺少的环节。
4.1边坡支护措施设计
路堑边坡防护设计遵循“一次根治、不留后患”的原则，采用稳定为本，加固为主，防护、排水并重的综合处理措施，在确保边坡的稳定和安全的前提下提倡生态护坡，提升道路绿化效果。
根据地勘资料显示，边坡砂岩与泥岩交界层
根据岩土面较薄弱，粘聚力系数和内摩擦角较低。
参数计算，岩体剩余下滑力极大。由于滑移面由层面控制且角度较缓，采用锚杆或预应力锚索支护的效率极低（锚索或锚杆太长）或基本无法实现（载边坡高度范围内需要的锚杆面积较多），因此考虑抗滑桩与锚杆相结合的方式进行支护。在坡脚设置抗滑桩进行支挡，要求抗滑桩穿过最下一道潜在滑移面，在抗滑桩上部的边坡采用肋柱式锚杆挡墙进行支护。抗滑桩承受主要的下滑力，因此抗滑桩必须穿过边坡坡脚附近的潜在滑移面。该边坡为强度较高、整体性较强的岩质边坡，根据规范，抗滑桩上滑坡推力可以采用矩形分布，而抗滑桩的悬臂不能过长，否则会对桩身产生过大的弯矩，对桩身受力极为不利，使得桩身截面过大。
对边坡坡面进行修正后，抗滑桩承受的下滑力计算见表２所列。
表2
下滑力计算结果一览表
Ｃ／ｋＰａ３４
φ（／°）１３
Ｅ／ｋＮ１６７８
Ｅｈｋ
／ｋＮ１５６６
暴雨１．０
工况
Ｗ（单宽）γθ
Ｌ／ｍＰ／ｋＮ－３
／ｋＮ·ｍ（／°）／ｋＮ·ｍ－１２６．６
２１
６２．５
８９１１
５２６５
根据式（１）对地质横断面进行逐一计算，计算
结果表明，边坡稳定系数间于１．０￣１．１之间，小于边坡稳定安全系数１．３５（一级边坡），直立切坡，边坡岩体可能沿层面滑塌，进而影响坡顶建筑物的稳定性，所以必须对边坡采取支护措施。
表中,E=Ks （W+P）sin （θ）－（cL+Ntan （φ）），为边坡剩余下滑力；E hk =Ecos （θ），为边坡剩余下滑力水平分量。经过计算，所需抗滑力为E=１６７８ｋＮ；所需
抗滑力水平分力为：E hk =１５６６ｋＮ。根据计算出的剩余下滑力，拟定抗滑桩尺寸为２ｍ×３ｍ，悬臂高度５．５ｍ，穿过软弱地质层面深度不小于５ｍ。抗滑桩上部边坡采用肋柱式锚杆
4边坡支护及施工监测
现状边坡经过计算，稳定安全系数不能满足
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支护，坡率采用１∶０．２。通过计算，锚杆采用２φ２８＠２０００ｍｍ×２５００ｍｍ，锚入潜在滑移面５ｍ。考虑到边坡受其它裂隙切割容易形成楔形块滑落，同时边坡在开挖时有应力，以及变形松弛现象，为了控制边坡的变形，在肋柱式锚杆挡墙上一定范围内采用锚杆进行预支护。
经过计算，抗滑桩桩顶位移有点偏大，达到２９．５３ｍｍ，担心桩顶位移变形会引起边坡变形或蠕动，造成边坡顶部重要建筑开裂。在设计时对桩顶部预留锚索孔道，如果施工时监测到边坡有较大变形，可以及时补张预应力锚索以控制边坡变形，这也与边坡设计遵循动态设计的总体思路相符合的。
路堑开挖后坡面水比较丰富的路段，为排除地下水、提高岩土的抗剪强度，坡面上需根据实况打设仰斜式排水管。边坡防排水包含坡面防排水及岩体内部防排水，是边坡支护设计不可缺少的内容之一，但非本文重点，不再赘述。
在计算分析过程中发现，边坡的下滑力太大，主要是因为潜在滑移面的岩土参数值较低，因此设计要求在施工时进行地质复测，合理确定支护参数，以便对支护进行动态设计。4.2施工工序
合理、科学的施工顺序不但是保证施工安全的充分条件，也是保证边坡的长期稳定和运营的安全的重要因素。
该边坡考虑到边坡顶部有重要建筑物，应最先施工锚杆挡墙范围外的锚杆对边坡进行预支护，防止边坡可能产生较大的变形，影响建筑物的
为了控制变形量，减少边坡安全。然后开挖桩位，
开挖过程中的临空面，确保边坡稳定，禁止全断面开挖，应采用分段跳槽、隔桩开挖的方式进行施工。为了加快施工进度，采用多点间隔跳槽开挖的
最后就是对边坡坡面进行整理开挖，施工肋工艺。
边坡岩土开挖，必须采用自上而下柱式锚杆挡墙。
按设计边坡层层刷坡，采用分层开挖、分层防护、坡脚预加固技术，避免边坡产生不良失稳现象，不得乱挖超挖。若石质较硬，在不影响边坡稳定的情况下可采用小药量光面爆破，施工时尽量采用小炮爆破，避免设计边坡岩体的松动，应及时复核坡度；土方开挖以机械为主，分段进行，并及时用人工配合挖掘机整刷边坡，对不便机械施工的地段辅以人工开挖。4.3边坡监测
边坡设计是一个动态的过程，在施工过程中监测的岩土参数、边坡变形等不但可以用于指导施工，而且可能对设计支护方式产生重大影响，因此在施工过程中，应加强边坡的监测，主要包含两个方面的内容。
（１）在施工开挖过程中，对边坡实际地质与设计采用的地质或地勘单位提供的地质进行对照核实。对设计要求的一些岩土参数进行监测，是否达
岩性是否变化、岩层、岩体的到设计要求。比如：
结构面、裂隙的分布规律、岩石强度、岩体的破碎程度、是否有没有被发现的层面、裂隙、断层
建等不良地质现象、地下水发育程度等。因此，
设各方应通力合作，加强地质验核工作，对边坡进行监测。
（２）在施工过程中及施工完成后，要对边坡，
变形、地下水位、锚杆应以及边坡构筑物的位移、
力变化进行监测。在施工期间，边坡采取地表位移监测和深孔位移监测，以坡体变形数据来修正设计，指导施工，以确保施工安全，并且检验工程效果。运营期的监测有地表位移监测、地下位移监测、地下水位监测及锚杆力监测等，监测周期为坡体开挖至建成营运后１ａ。根据坡体地质情况及稳定程度，制定相关边坡监测和锚固工程应力监测方案并组织安排专业单位实施。
在实际监测过程中，地表位移监测结合深孔位移孔口监测进行；地下位移监测及地下水位移监测设置监测钻孔；锚杆应力监测选取关键、易测部位进行长期监测。整个护坡施工及使用过程中均应作边坡变形观测记录，水准基点设置应以保证其稳定可靠为原则，其位置靠近观测对象。在每一典型边坡段的支护结构顶部应设置３个观测点的观测网，用经纬仪，水准仪，地表位移伸长计等观测位移量，移动速度和方向；在出水点应测地下
观测时间间隔一般可每周观水，渗水与降雨关系。
测一次，当有危险征兆时，应进行连续监测。深孔
坡长及岩体土体情况，布设位移监测，根据坡高、
５个监测断面，每个断面孔数宜为３孔。监测孔深根据坡高及坡体地质情况确定，深度为２５ｍ，进入稳定地层５ｍ。
该边坡由于在边坡开挖前采用了科学的施
分工工序，采用了顶部预支护、坡脚预加固、
段跳槽开挖桩位、岩石开挖严格自上而下等一系列规范的施工工艺，在施工期间，以及施工完成１ａ后，累积最大变形值抗滑桩为１０ｍｍ，边坡小于２ｍｍ，均在允许范围之内，预留锚索暂不考虑张拉。由于实际施工中对层面等岩土参数未做监测，因此无法对边坡的设计作出进一步的合理优化。
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5结论及建议
边坡施工完成运营１ａ时间以来，边坡，以及边坡顶部建筑未见变形迹象，排水通畅；从监测数据来看，边坡变形明显偏小，说明边坡处于正常工作状态中。从该边坡的治理过程中，可以总结出如下结论：
（１）分析边坡内在地质结构条件和外在的触发因素是治理顺层岩质边坡的关键，其中对结构面的分析起到了至关重要的作用。通过赤平极射
裂隙）的分析，确投影法对边坡各结构面（层面、
定了顺层滑移破坏为主、楔形体滑移为辅的破坏
抓住主要因模式。在下一步边坡的稳定分析中，
素，考虑到边坡发生楔形体滑移的可能性较小，在稳定分析中采用了直线的平面滑动模型进行
荷计算，既简化了计算，又保证了安全。对施工、
载等外在触发因素在设计阶段就进行了规划，并在施工过程中得到了很好的执行，取得了良好的效果。
（２）边坡稳定性分析必须以工程地质条件为基础。边坡稳定分析依赖于地勘资料，由于目前所
参考文献
拥有的地勘手段还不能完全洞悉岩体内部结构，
［１］陈祖煜，汪小刚，杨健，贾志欣，王玉杰．岩质边坡稳定分析（原
提供与实际完全一致的原位岩土参数。因此边坡理方法程序）［Ｍ］．北京：水利水电出版社，２００５．稳定分析，以及边坡支护设计采用信息法施工及［２］孙玉科，牟会宠，姚宝魁．边坡岩体稳定性分析［Ｍ］．北京：科学
出版社，１９８８．动态设计的思路是非常必要的。
［３］刘立平，姜德义，郑硕才，等．边坡稳定性分析方法的最新进展（３）不同岩土体对边坡稳定性影响不同，这是
［Ｊ］．重庆大学学报（自然科学学报），２０００．２３（３）：１１５－１１８．
由岩土体各自物理力学性质决定的。该岩质边坡
［４］ＧＢ５０３３０－２００２，建筑边坡工程技术规范［Ｓ］．
中变质砂岩强度较高，且遇水不易软化，对边坡的［５］ＪＴＧＤ３０－２００４，公路路基设计规范［Ｓ］．稳定性十分有利，起到骨架支撑的作用。而泥岩遇［６］交通部第二公路勘测设计院．公路设计手册（路基２版）［Ｍ］．北
京：人民交通出版社，１９９６．水易软化，裂隙较为发育，受岩体自身裂隙的切
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第２６页）
表2
车辆进出匝道行驶状况比较表
车辆占压相邻车道匝道情况
车辆无占压相邻车道匝道数
两种岩性分界处形成更为割，对边坡的稳定不利。
薄弱的结构面，这反映出在边坡分析过程中注重边坡内在地质条件差异的重要性。
对边坡治理工程提出如下建议：（１）对于岩质边坡，应首先结合地质要素对稳定模式进行判定，然后选用与破坏模式相匹配的稳定分析方法进行边坡稳定计算，最后选用合理的治理措施。这对同类或相似边坡工程稳定性分析评价具有较好的借鉴意义，是边坡稳定分析评价的重要或较佳方法。
（２）应注重外在触发因素对边坡稳定的影响，在设计阶段就应该对边坡的治理工序、卸载方式进行合理要求。这既是保证安全施工的措施，也是保证边坡长治久安的举措，但要求在施工中能真正贯彻执行。
（３）边坡治理实行信息法施工及动态设计的思路是非常必要的，而要实现动态设计的唯一途径就是加强施工监测，在施工过程中获得最有说服力的第一手数据来指导施工，修正设计。
匝道
类别匝道数量
平均占平均占压
占匝道匝道占匝道数量压车辆相邻车道
比例／％数量比例／％
比例／％宽度／ｍ４１
４０１２．５
６７
６０８７．５
１０．６３１２．２
１．２５１．３５
进匝道出匝道
１０８
转弯时占压相邻车道情况。司机驾车出匝道时，可观察到不少司机在看见主线直行交通车辆较少时，会突然加速，因而导致车辆占压相邻车道的情况。
（２）司机在无变速车道情况下进出匝道的行驶状况好于有变速车道情况下的驾车行驶状况。
共观测５处无变速车道情况下的车辆进出匝道行驶状况，其中３处进口匝道没有车辆占压相邻车道情况，２处出口匝道，其车辆占压相邻车道比例分别也只有１．４％和３．６％，远比其有变速车道的占压相邻车道的车辆数量少。
原因分析：司机驾车行驶在无变速车道的匝道进出口时，注意力集中，安全意识明显增强，其驾车行为更加小心谨慎。
（３）通过对车辆在不同匝道转弯半径行驶车速的现场测定，证明匝道转弯半径大小对车辆在匝道的行驶车速影响不大。
原因分析：车辆进出匝道时交通的复杂性，匝道曲线、坡度及短距离的线形特征，使车辆在匝道的行驶车速差距不大。
ＯｐｔｉｍｉｚｉｎｇＳｃｈｅｍｅｏｆＣｏｎｎｅｃｔｉｎｇＬｉｎｅｆｏｒＧｕａｎｇｙｕａｎＣｉｔｙＨｕａｎｃｈｅｎｇＲｏａｄ（Ｎ）ａｎｄＹｕｃａｉＲｏａｄＥｘｔｅｎｓｉｏｎ
ＣｒｏｓｓｉｎｇＲａｉｌｗａｙＢｒｉｄｇｅＰｒｏｊｅｃｔ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＸｕＳｏｎｇ（３２）
Abstract:ＧｕａｎｇｙｕａｎＣｉｔｙＨｕａｎｃｈｅｎｇＲｏａｄ（Ｎ）ａｎｄＹｕｃａｉＲｏａｄＥｘｔｅｎｓｉｏｎＣｒｏｓｓｉｎｇＲａｉｌｗａｙＢｒｉｄｇｅ
ＰｒｏｊｅｃｔｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｉｓｓｕｅｏｆＧｕａｎｇｙｕａｎＣｉｔｙａｒｅａｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｔｅｒｍ，ｔｏｃｏｏｐｅｒａｔｅｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍｔｒａｆｆｉｃｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｃｈｅｍｅ，ｂｅｔｔｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｏｍａｋｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｔｒａｆｆｉｃｓｅｐａｒａｔｅａｎｄｔｏｒｅｌａｘｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｔｒｕｎｋｒｏａｄｓｏｆｔｈｅｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍｔｒａｎｓｉｔｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｔｈｉｓｎｏｄｅ，ｔａｋｅｎａｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｓｓａｇｅｗａｙｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｔｒａｆｆｉｃｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｃｉｔｙ，ｃａｎｂｅｒｅｆｅｒｒｅｄｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍａｎｄｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｔｒａｆｆｉｃｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｓ．Keywords:ｒｅｌａｘｔｒａｆｆｉｃ，ｄｅｓｉｇｎｏｆｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｏｖｅｒｐａｓｓｂｒｉｄｇｅ
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＭｉｎｉｍｕｍＤｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎＩｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｓｂｙＬａｎｅＣｈａｎｇｉｎｇＭｏｄｅｌ!!!!!!!!!!
（３８）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＤｕＬｉｐｉｎｇ，ＣｈｅｎｇＨａｉｂｏ
Abstract:Ｔｈｅａｎａｌｙｚｅｓｓｅｖｅｎｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｒａｆｆｉｃｖｏｌｕｍｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｔｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｓｉｄｅｏｆｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ，ｗｅａｖｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ，ｄｒｉｖｉｎｇｏｆｄｒｉｖｅｒ，ｌａｙｏｕｔｏｆｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎｓ，ｅｃｏｎｏｍｙａｎｄａｒｅａｏｎｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｓ，ｔｈｅ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｌｅｎｇｔｈｏｆｒａｍｐａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｌａｎｅ．Ｔｈｅｃｌｅａｒｓｐａｃｉｎｇｏｆｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｌａｎｅｃｈａｎｇｉｎｇｍｏｄｅｌ，ｌａｙｏｕｔｏｆｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎｓａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｎｏｎ－ｗｅａｖｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｌｉｎｅ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｌｉｎｅｂｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｐｅｅｄ８０ｋｍ／ｈ．
Keywords:ｍｉｎｉｍｕｍｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈ，ｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎ，ｗｅａｖｉｎｇｌｅｎｇｔｈ，ｌａｎｅｃｈａｎｇｉｎｇｍｏｄｅｌ
ＳｔａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｓｅｑｕｅｎｔＢｅｄｄｉｎｇＲｏｃｋＳｌｏｐｅ!!!!!!!!!! ＬｉｕＣｈｕｎｂｏ，ＡｏＪｉａｎｈｕｉ（４２）
Abstract:Ｔｈｅｔａｋｅｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｂｅｄｄｉｎｇｒｏｃｋｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅ
ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｏｐｅａｓｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｏｆｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｂｅｄｄｉｎｇｒｏｃｋｓｌｏｐｅ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｏｐｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｌｏｐｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｔｓｒｅｓｕｌｔｃａｎｂｅｒｅｆｅｒｒｅｄｆｏｒｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．
Keywords:ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｂｅｄｄｉｎｇｒｏｃｋｓｌｏｐｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｄｅｓｉｇｎ
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｕｒｉｎｇＡｇｅｎｔＨＳＣ３０１ｉｎＳｈａｌｌｏｗ－ｌａｙｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＳｏｆｔＧｒｏｕｎｄｉｎＴｉａｎｊｉｎＢｉｎｈａｉ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬｉｕＪｕｎ，ＪｉａｎｇＨｏｎｇｗｅｉ（４７）
Abstract:ＴｈｅｐｏｎｄｅｒｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１ｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗ－ｌａｙｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｉｎＴｉａｎｊｉｎＢｉｎｈａｉｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｐｒｏｍｏｔｉｎｇ“ｔｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎｂｕｉｌｄｉｎｇ”ｃｏｎｃｅｐｔａｎｄａｄｈｅｒｉｎｇｔｏｔｈｅ“ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ”ｓｔｒａｔｅｇｉｃｐｏｌｉｃｙ，ｉｎｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｅａｓｉｎｇｔｈｅｄｕａｌ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔｎａｔｕｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｏｆＴｉａｎｊｉｎＢｉｎｈａｉａｓｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｏｂｊｅｃｔａｎｄｈｏｐｉｎｇａｂｌｅｔｏｕｓｅｔｈｅｌｏｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｏｔｕｒｎｗａｓｔｅ（ｓｉｌｔａｎｄｂｌａｓｔｒｏｃｋ）ｉｎｔｏｗｅａｌｔｈ．ＡｎｄｔｈｅｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｗｏｐｏｉｎｔｓｏｆａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１ｉｎｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｌａｙｅｒａｎｄａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１ｉｎｓｈａｌｌｏｗ－ｌａｙｅｒｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ．ＴｈｅｇｉｖｅｓｓｏｍｅｉｄｅａｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１ｉｎｔｈｅｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔａｎｄｐｒｏｍｏｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｓｏｃｉａｌｖａｌｕｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Keywords:ｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＨＳＣ３０１，ｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄ，ｓｈａｌｌｏｗ－ｌａｙｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｉｌｔ，ＴｉａｎｊｉｎＢｉｎｈａｉ
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｕｂｂｅｒＡｓｐｈａｌｔｉｎＰｏｓｔ－ｄｉｓａｓｔｅｒＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＤｕｊｉａｎｇｙａｎＣｉｔｙ!!!! ＸｉｅＪｉａｎｈｅ（５２）
范文二：顺层岩质边坡顺层滑动岩体范围分析
25卷第3期376~380页 2007年5月
山地学报
JOURNAL OF MOUNTAIN SCIENCE
V01.25,No.3pp376~380 May,2007
文章编号:1008—2786一(2007)3—376—05
顺层岩质边坡顺层滑动岩体范围分析
冯君,周德培,江南,杨涛
(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031)
摘要:顺层滑移一拉裂是顺层岩质边坡中常见的一种破坏模式,顺层滑动岩体范围大小是该类边坡稳定性分析 及其加固支挡结构设计的基础,是设计人员最关心的问题。考虑边坡开挖卸荷效应对边坡岩体力学参数的影响, 建立了顺层岩质边坡顺层滑动岩体范围的计算式,利用重庆至怀化铁路沿线顺层岩质路堑边坡失稳破坏的调查资 料进行对比分析,结果吻合较好。
关键词:顺层岩质边坡;顺层滑动岩体范围;开挖卸荷效应;边坡稳定
中图分类号:1'642.2文献标识码:A
在顺层岩质路堑边坡工程中,工程人员常常根 据岩层倾角的大小选择不同的施工方法,由此也对 顺层边坡的破坏模式产生了影响。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;在缓倾角和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 的岩层的稳定状态主要取决于岩层倾角和层面的抗 剪强度等因素。倾角较大且与岩层倾角相同的顺层 开挖边坡主要发生岩层滑移弯曲拉裂变形破 坏【1’2J。对于开挖坡角比岩层倾角大的开挖顺层边 坡,由于岩层被切断,其破坏模式可能为完全沿某个 层面呈整体性滑动破坏,也可能沿某个或某些层面 滑动,沿岩层中一些节理面拉开,由下而上逐渐滑动 破坏,并且当坡脚不再开挖或不再受扰动时,失稳滑 动到一定程度也就不再往上发展,即有一个失稳破 坏的极限长度¨’4J,所有岩层失稳破坏部分的后缘 拉断边界组合在一起,就构成了顺层岩质边坡的顺 层滑动岩体范围坡体内边界,最底层失稳岩层底面 则构成顺层滑动岩体范围底边界。许多学者也利用 模型试验、数值计算等方法对类似问题进行了研 究∞’6J,但是分析方法及结果在实际工程设计中推 广有困难。因此本文结合工程实际,考虑了边坡开 挖卸荷对边坡岩体力学参数的影响,建立了顺层岩 质边坡岩层失稳极限长度和顺层滑动岩体范围的计 算公式,为类似边坡工程设计提供理论依据。
1计算分析基本假设
设边坡走向同岩层走向一致,边坡可简化为平 面问题,坡体模型如图l所示。设岩层倾角为a,开 挖边坡坡角为口,开挖边坡之上的自然边坡坡角为 筋,开挖边坡坡顶到坡脚的岩层序号分别为I,2, ……i,……/7,,各岩层底层面的序号也相应为1,2, ……i,……t/,,各岩层的重度为yi,第i层岩层厚度 为hi;同时设第i层岩体底层面摩擦系数为Z,粘聚 力为ci;第i层层面以上岩体等效抗拉强度为S¨即 第i层层面以上各层岩体的抗拉强度对岩层厚度的 加权平均值;坡体中发育有走向与岩层走向一致,与 岩层层面近正交的密集节理。
边坡在施工过程中,由于爆破、侧向约束的解除 等因素的影响,岩体产生向临空面的变形,伴随这一 过程,边坡浅部一定范围内原有岩体结构遭到破坏,
收稿日期(Received date):2006—11—10;改回日期(Accepted):2007一03一05。
基金项目(Foundation item):社会公益研究专项基金资助项目(2001DIB200113)。[Supported by the National Special Research Foundation for the Commonweal of Society of China under Grant No.2001DIB200113]
作者简介(Biography):冯君(1977一),男,博士,2000年毕业于西南交通大学土木工程专业,现任讲师,主要从事岩土工程方面的教学和科研 工作。[Feng Jun(1977一),male,bomin Quxian County,Siehuan Province,PHD.。graduatedfrom Southwest JiaotongUniversityin 2000, lecturer.Main research fields:geotechnieal engineering,E—mail:fengjun43161@163.com]
第3期 冯君,等:顺层岩质边坡顺层滑动岩体范围分析
自然斜坡、
图1顺层岩质边坡计算模型
Fig.1The computational model of consequent rock slope
岩体力学参数随之降低,这其中的力学机理非常复 杂,要想全面、准确的描述这一过程非常困难。但根 据已有的研究成果¨。10|,至少有两点可以明确:1. 岩体力学参数降低的那部分岩体的范围是有限的, 一般都位于边坡近临空面附近一定区域;2.在该范 围内,离临空面越近,岩体力学参数值降低越多,离 临空面越远,岩体力学参数值降低越少,也就越接近 天然状态下的相应值。具体到顺层岩质边坡,可以 假设开挖后第i层岩层底层面的抗剪强度指标Z、c; 以及第i层岩层底层面以上岩体等效抗拉强度S。与 分析点到开挖面距离菇(图2)的变化关系为
工=霞菇篓?虫砜 fkd搿+c— Os彤sLo
q 2k并>厶
.s“={≥关厶0<>
式中厶的大小与施工方法、岩体卸荷及风化等因 素有关系,可根据工程经验加以确定,根据渝怀铁路 顺层岩质边坡现场试验测试,当采用深孔爆破时,厶 可取为15m,当采用单孔小台阶爆破时,厶可取为 2.5ITI以、Cp;、Sp。分别为天然状态下未受扰动的第i 层层面摩擦系数、粘聚力以及第i层层面以上岩体 等效抗拉强度;^、c小.s。分别为受扰动后开挖面处 第i层层面摩擦系数、粘聚力以及第i层层面以上岩 体等效抗拉强度。根据中科院1980年在生产试验 中总结的经验,岩体结构面的内摩擦角爆后比爆前 降低10%一15%,粘聚力爆后比爆前降低40%一 60%,实际计算时,可按此原则取值;k、k扑k“为相 ,, … C C 应系数,且后^=竿,k。i=字,k“=学。
2顺层滑动岩体范围计算分析
确定顺层滑动岩体范围关键在于确定顺层岩质 边坡岩层的失稳极限长度。在确定了岩层失稳极限 长度之后,整个顺层滑动岩体范围则可确定,最底层 失稳岩层底面就是顺层滑动岩体范围底边界,各岩 层失稳破坏部分的后缘拉断边界组合在一起就构成 了顺层滑动岩体范围坡体内边界。
2.1自然斜坡坡角等于岩层倾角
建立如图2所示的坐标系,坐标系菇轴位置随 研究对象变化而变化,始终位于所研究块体的底层 面上,坐标原点设在所研究块体底面与开挖面的交 点上。设开挖边坡坡顶‰的戈,),坐标值为戈。,Y。。 边坡开挖后,假设边坡岩体沿第i层岩体底面滑动, 坡体内沿节理和节理间的“岩桥”拉裂。
(a)开挖坡段 (b)自然坡段
图2自然坡角等于岩层倾角的计算模型
Fig.2The first calculation model of consequent rock slope
1.开挖边坡段分析
开挖边坡段(Os戈s‰),以图2(a)中三角块体 A;Ec为研究对象,各参数有以下关系
lAi曰fI=菇
lBfCl=xtan(fl—a)
1一
%声.c=_毒7IA‘Bf l?IBicI
拉裂面Bic上,有
Fi=IBiCI S“
滑动面AiBi上,有
Fqi=WA,B
所以,对三角块体AiBic而言,有
F肼=畎Ac?sina (2) FRi=F“+L
=愠CI|sd+矾一心COSOt?Z+菇?c (3) 以上各式中:职田‘为边坡三角块体A。B;C的自 重;y为第i层层面以上各岩层的加权平均重度,即 一 i i 一一
y 2蚤竹~儡t;正、ci为滑动面AiBt的加权平均抗 剪强度指标;只i为岩体的抗拉强度对块体A;Bic产 生的拉力;只;为滑动面上的抗滑力;如为块体A;Bic
378
山地学报 25卷
的下滑力;%为块体AiBic的总抗滑力。当
%;一如=0
(4)
边坡岩体AiBic处于极限平衡状态。将式(1)一 (3)代人式(4)中,可以计算出顺层岩质边坡岩层失 稳极限长度k,即
工胁=
一A12+,、/—A212-4—AnAl3
———砑■一 一A::+再乒砺 ———瓦■一
(如s￡。)
(Hm>L0)
(5)
式中
A1,=j1Ⅳtan(卢一a)cosa‘k
A,:=tan(/3一口).(2k一了c。s口.厶一了sinot)+丢k
A13=tan(fl—a)?Si+Ci
A2l=-;-Ttan(fl—a)?(cosd‘厶一sina)
A::=i1
tan(届一a)[4≮;+歹c。sd(^一厶)k]+c州
A:s=寺(c一一%)厶
(6)
2.自然斜坡段分析
自然坡段(菇>‰),以块体AiB;CE。为研究对 象,如图2(b)所示,各参数有以下关系
IAiBiI=菇
i
lBiCJ-∑^,=H
’
;一1
畎即‰=寺7日‘菇o+yH(x一‰)
拉裂面Bic上
fi=l色CI?S“
滑动面AiBi上
Fqi=耽‘口硒‘cosa‘,+髫Ci
所以,对梯形滑块E一硒而言,有:
F肼=WAiBICE0sin
a
(7)
Fst=F“+Fot
=I
BiCI?SIi+%声#%‘COSO/‘Z+菇ci (8)
将式(7)、(8)式代人式(4)中,可求得自然斜坡段
岩层失稳极限长度‰,即
L胁=
(如≤Lo)
(9)
(巩>Lo)
乩:寻妨肌。sa+告c。s后。i
B12
2
yH(f.cosot一寺kXoCOSd—sina)+矾“+ci
B13=却纸o(sina—cosa?^)+刀&
B2l
2yH(cos口?f.i—sina)+C^
B22=—寺7H[cosa(L一‘i)厶一COSa‘石诉i+搿osinot]+
碑i+÷(c一一cpf)厶 B23=一知肌osd。戈。∽一厶)三o
(10)
2.2
自然斜坡坡角小于岩层倾角
建立如图3所示的坐标系。坐标系茗轴位置随 研究对象变化而变化,始终位于所研究块体的底层 面上,坐标原点设在所研究块体底面与开挖面的交 点上。设开挖边坡坡顶‰的茁,Y坐标值为戈。,Y。。 边坡开挖后,假设边坡岩体沿第i层岩体底面滑动, 坡体内沿节理和节理间的“岩桥”拉裂。
一y一
(a)开挖坡段
(b)自然坡段
图3自然坡角小于岩层倾角的计算模型
Fig.3
The second calculation model of
consequent
rock slope
1.开挖边坡段分析
开挖边坡段(Os菇s菇。),以图3(a)中三角块体 Ai曰iC为研究对象,计算过程同自然坡角等于岩层
倾角的边坡开挖坡段相同,岩层失稳极限长度k可
由式(5)计算。
2.自然斜坡段分析
自然坡段(戈>髫。),以块体AiB;CE。为研究对 象,如图3(b)所示,各参数有以下关系
l Al曰‘I=并
I召iCI=H一(戈一zo)tan(d一届1) (11) wrAACEO=dl菇2+d2x+d3(12)
式中
小扣tan(a喝)
d2=T[H+菇otan(a-131)]
d,:一与[眠。+‰2tan(a—p。)]3=一{}7[月知o+石otan(a—p1)]
(13)
薹砜
坐 幸|
第3期 冯君,等:顺层岩质边坡顺层滑动岩体范围分析
将式(11)、(12)代人式(7)、(8)和(4)中,求得包含 有顺层岩质边坡岩层失稳极限长度(L胁=菇)的方程 式,即
D D D。0{:喜厶Lo;)c t4, 21髫’+22髫2+23石+24=
(石>)J
式中
D112了.It如dlcosd
D12=dlCosa?厶+弓_bd2cosa—k,itan(a一卢1)+ i.It.|}d—d1sinot
D13=k,iH+tan(a—p1)(k,ixo—S一)+d√2cosa+ {L_kd3cosa+ci一.d2sina
D14=HS^+tan(位一JBl)xoSi+dxficosa—d3sina D2l=d1(cosa?工i—sinoE)
D么=—i1电1cosa己厶_厶)厶一t锄(a一卢-)&+
d2cosa‘厶+%一d2sina
D23=[H+tan(a-/31)‰]&+扣2cosa(厶一‘i)厶+ d3cosa?厶+寺(ci一%)厶一d3sins
D24=寺d3(厶一‘i)cosa。Lo
(15) 通过求解方程式(14),即可求得岩层失稳极限 长度,实际计算时,可利用MATLAB等数值程序编 程求解。
3实例分析
以位于重庆一怀化铁路DK385+515一DK385 +690段的边坡为例,岩层走向与线路走向基本平 行,岩层平均倾角a=240,岩层平均重度为24.6 kN/m3,岩性为厚层白云质灰岩夹薄层泥质灰岩,开 挖坡角卢=600,自然斜坡段坡角卢。=14。。路堑施 工中曾切断两层岩层,如图4所示。根据现场调查 资料,测试资料和类比法,确定的相关参数列于表1中。
首先求各岩层的开挖边坡段极限长度,即将表 1所示的边坡相关参数代人式(6)中,求得A。。一A∞ 共6个参数值,然后带入式(5)中,求得1、2岩层开 挖坡段的极限长度,由于无实数解,即表示1、2岩层 在开挖坡段均不会出现拉裂破坏;然后再求各岩层 自然斜坡段的极限长度,即将表1所示的各参数带 人式(15)中,求得D。。一DM共8个参数值,然后将其 带人式(14)中,可求得该边坡各岩层自然坡段的失 稳极限长度,计算结果均列于表2中。根据现场调 查情况,当按照最初设计方案施工时,即开挖坡角, 边坡开挖至第二层软弱夹层,即切断第二层岩层后, 线路右侧顺层边坡沿第二层岩层底层面发生顺层滑 动,后缘拉裂缝距前缘约67.62m,第一层岩层在不 同位置也出现了相应的拉裂缝,距前缘约34.18m, 如图4所示,后变更设计措施为顺第三层软弱夹层 清方。由此可得该边坡顺层滑动岩体范围的底边界 为第二层岩层底层面,坡体内边界则可由第二层岩 层失稳极限长度确定。
图4顺层滑动岩体范围
Fig.4The extent of bedding slipping rockm∞s
表1边坡岩层参数
’I砌e 1Parameters of rock stratum
呈兰 。兰。兰:, ! 垒。!墨 l 7.730.00390.3640.3060.4 23.610.00360.3440.2900.6竺兰 。釜, 。釜, 。!皇翌, 。釜, 。兰, 11041.33200
表2边坡岩层失稳极限长度
Table 2The limit unstable length of rock stratum
层开挖边坡段极限 自然斜坡段极限 现场调查获得的实际 号 长度(m) 长度(m) 滑动长度(cm) l 一 34.Ol 34.18
2— 75.3467.62
注:表中“一”表示无合理的实数解,即岩层失稳长度极限位置 不会出现在该坡段,如果在开挖坡段和自然坡段均无合理的实数解, 则表示边坡不会沿该岩层底面顺层滑动。
4结论
1.顺层滑移一拉裂是顺层岩质边坡中常见的 一种破坏模式,顺层滑动岩体范围大小是该类边坡 稳定性分析及其加固支挡结构设计的基础,也是设
380山地学报 25卷
计的难点。
2.本文针对顺层滑移一拉裂破坏模式的顺层 岩质边坡,考虑了岩层层面抗剪强度参数随卸荷及 风化程度降低的情况,推导出了顺层岩质边坡顺层 滑动岩体范围的计算公式,并用工程实例进行了验 证,为这类边坡稳定性分析和加固支挡结构设计提 供了理论依据,克服了设计中单凭工程经验确定失 稳范围的不足。
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On the Extent of Bedding Slipping Rockmass of Consequent Rock Slope
FENG Jun,ZHOU Depei,JIANG Nan,YANG Tao
(&/tool ofCivil Engineering,Southwest Jiaotong University,Ckngdu 610031,Ch/na)
Abstract:Bedding slipping and fracturing is one of failure modes of consequent rock slope.The extent of bedding slipping rock mass is the basis of stability analysis and structural support design of consequent rock slope.There? fore,it has become one of the most important problem to which many engineers regarding slope engineering pay at— tention.By considering the reduction of shear strength of the bedding plane due to unloading
and weathering,and the limit equilibrium state of the unstable rock mass,formulas used to calculate the extend of bedding slipping rock mass of consequent rock slope is deduced.The comparison between the calculated and observed data of a conse— quent rock slope in railway from Chongqing to Huaihua was carried ouL It shows that the results are coincident. The formulas could be used in the structural support design of consequent rock slope.
Key words:consequent rock slope;the extent of bedding slipping rock mass;excavation unloading effect;slope stability
范文三：鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析
鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析
? 高冬平
()福建铁四院勘察设计研究院有限公司 , 福州 , 350013
摘 要 影响顺层岩质边坡稳定性的主要因素有岩体的粘聚力和节理裂隙面的粘聚力 , 与
一般边坡不同 , 节理面粘聚力大小决定了顺层边坡的稳定性。选取鹰厦铁路典型顺层边坡进行
分析 , 采用数值模拟方法 , 比较不同节理面粘聚力下的边坡应力应变规律 , 得出在岩体粘聚力
比较大而节理面粘聚力较小的情况下 , 顺层边坡会由于节理面产生拉应力而破坏 。对于节理面
可能出现的破坏形式提出了加固预应力锚固措施 , 进行加固措施后用数值模拟分析 , 对边坡的
受力特征进行分析 , 得出预应力锚固方法促进节理边坡的稳定性 。
关键词 顺层边坡 稳定性 数值模拟 预应力锚索
岩体在地质力、工程力或二者力的同时作用下 , 使岩体某一部分产生位移、变形和破 坏 , 所形成的状态就是岩体失稳 。边坡常见的破坏形式有滑坡、崩塌等。岩石边坡失稳问题 主要是由露天矿开采 、筑路以及其他目的的开挖过程而引起的。近年来交通运输的快速发 展 , 铁路 、公路建设也日异增加 , 许多铁路 、公路建设将穿过山区和丘陵地带 , 而这些地区 众多的地质问题将给铁路、公路建设者带来很大的困难 , 这些工程的建设不可避免地遇到节 理岩体地质条件。岩体作为一种天然的地质体 , 在其形成和存在的整个历史过程中经受各种 地质作用和构造力的影响 , 使其成为具有一定结构的多裂隙构造体 。这种构造对于岩体结构 应力应变具有重要的影响。
工程背景1
鹰厦铁路是福建省重要出省通道之一 , 是福建省运输通道重要组成部分 。地质条件极为 复杂 , 工程建设范围内有许多顺层斜坡。笔者选取一典型顺层边坡进行稳定性分析研究 。
该边坡自然坡度为 30?,50?, 地形总体较陡 , 属于浅层潜在滑移体 。斜坡表层分布坡积粉质粘土 , 厚度一般 01 3 m,21 2 m , 褐黄色 , 可塑2硬塑状 , 其中夹少量碎石 , 下伏基岩为 粉砂岩 , 节理发育 , 在该顺层边坡中存在着斜向裂隙组 , 倾角 52?, 边坡坡度与节理裂隙面
() 倾角相近 , 节理面粘聚力为 15 k Pa 。岩体主要力学参数 表 1。
2 数值模型 [ 1 ] 根据现场实际情况 , 选取典型剖面进行二维计算分析, 坐标系以水平方向为 X 轴 , 铅
? 收稿日期 : 2008206203
作者简介 : 高冬平 ( 19722) , 男 , 工程师 , 水文地质与工程地质专业。
第 3 期 高冬平 : 鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析 327
表 1 顺层边坡岩石物理力学参数
Ta ble 1 Rocks physics and mechan ical para meters of the bedding slopes
容重γ 泊松比μ 摩擦角 φ 弹性模量 E 粘聚力 C 岩性 3 ?) (( )( )( )GPa M Pa kN/ m
粉砂岩 28 42 231 0 01 25 21 2
注 : 资料来源于铁四院某边坡治理项目 , 测试单位为铁四院岩土试验室 。
直方向为 Y 轴 , 下边界固定约束 , 左右边界为水平约束 。坡高 30 m , 刷坡坡度为 1 ?01 75 。 由于岩体的自重和构造应力影响 , 岩体具有初始地应力 , 竖直地应力与埋深呈线性关系 , 水
() ()平应力按弹性力学取测压系数λ, 即分别按式1、2 取值 ,
σγ( )=H1 y
σ=σλ ( )x u2
σ式中 : —地面下 H 深度处的竖直岩体 У
γ自重应力 ; —岩体重度 ; H —地面至计算点
σ的深度 ; —地面下 H 深度处由岩体自重形х
λ(λ μ 成的水平应力 ; —测压力系数 = / 1 -
μ) μ; —岩石泊松比 。 在实际施工过程中边
坡是逐级向下开挖
土体 , 为直观体现分析结果 , 采用等效荷载
的处理方式进行模拟 , 即模型按开挖后建立 ,
开挖荷载用开挖表面约束来等效 , 逐步取消 图 1 边坡有限元网格 开挖表面约束来模拟逐级开挖 , 有限元模型 1 1 FigFin ite element gr id of the side slope () 图 1。
3 结果分析
31 1 位移结果
根据上述计算模型、岩石物理力学参数及边界条件 , 通过有限元数值分析 , 获取位移云
() 图 图 2 , 3。
图 2 边坡 X 方向位移 ( 单位 : m) 图 3 边坡 Y 方向位移 ( 单位 : m)
Fig1 3 Diagra m sho wing the displacement of Fig1 2 Diagra m sho wing the displacement of
the side slope in the Y direct ion the side slope in the X direct ion
福 建 地 质 Geolo gy of Fujia n 第 27 卷 328
从边坡位移云图可以看出 , 顺层边坡开挖后 , 在水平方向上 , 边坡上部会产生向右的 位移 , 边坡下部会产生水平向左的位移 , 即表明边坡有下滑的趋势 , 一般边坡下滑后会由于 岩体向下滑移导致上部岩体减小而下部岩体堆积的这种水平位移变化。在竖向位移分布规律 上 , 边坡开挖面会产生向上方向的位移 , 这表明岩体滑移后体积会产生增大现象。 31 2 内力结果分析
通过改变节理面的粘聚力大小 , 得到了不同节理面粘聚力对边坡稳定性的影响。在工况
1 中 , 节理面粘聚力为 15 k Pa , 工况 2 中节理面粘聚力为 5 k Pa 。
对比 2 种工况 , 工况 1 在整个坡面上的第一主应力为负值 , 即岩体承受着三向受压状态 () 图 4; 而工况 2 在开挖面上大部分区域其第一主应力已经为正值 , 即产生了拉应力 , 由于
( ) 岩体具有承压能力强而抗拉能力差的特点 图 5, 因此有可能在该区域率先破坏 , 从图 6 可以看出坡面上有部分裂隙已经张开。
图 4 节理边坡最大主应力等值线 ( 工况 1) 图 5 节理边坡最大主应力等值线 ( 工况 2) Fig1 4 Fig1 5 Diagra m sho wing the isopleth of D iagra m sho wing the isopleth of
maximum princ ipal stress f or the maximum princ ipal stress f or the
side slopes ( operating side slopes ( operating joint ing joint ing
mode I) mode II)
裂隙组屈服点等值线 图 6 ( 工况 2)
Fig1 6 Diagra m sho wing the isopleth of yiel d points f or the f racture set
第 3 期 高冬平 : 鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析 329
岩体本身具有较大的粘聚力 , 如果不考虑节理面的影响 , 边坡还具有较高的稳定性 。但 是由于节理面的存在 , 边坡会在节理面上产生拉应力 , 而节理面上岩体抗拉强度较小 , 因此 [ 2 ] 会在节理面上率先破坏而导致整个边坡失稳。
预应力锚固措施4
在一般顺层边坡加固施工过程中 , 经常采用的方法有抗滑桩、预应力锚索等施工手段。 工程采用了预应力锚索施工 , 在整个坡面上采用 6 排预应力锚索 , 锚索施工后采用混凝土框
Φ架进行加固张拉 , 每束锚索采用无粘结、抗拉强度为 1 860 M Pa 、直径为 7151 24 mm 的高 强度钢绞线 , 锚索长度为 25 m , 张拉后提供 600 kN 的拉力。
为验证锚索对于顺层边坡的锚固效应 , 用数值方法进行模拟 。由于施工中采用混凝土框 架梁 , 相当于在坡面竖向产生了一个线荷载 , 根据等效原理 , 线荷载为 120 kN 。图 7 是锚
固力等效于坡面的荷载示意图 。
图 7 坡面锚固力示意图
Fig1 7 Sketch ma p of the bolt locking f orce on the slope plane
从图 8 , 9 中可以看出 , 施加预应力之后 , 整个坡面最大主应力都是负值 , 即都处于压
应力状态 , 这表明预应力锚索提供了有效的压力 , 是一种比较有效的施工方法 。
加固后节理边坡最大主应力等值线 加固后节理边坡最小主应力等值线 图 8 图 9
Fig1 8 Fig1 9 Diagra m sho wing the isopleth of D iagra m sho wing the isopleth of
maximum princ ipal stress f or the Min imum pr ic ipal stress f or the
joint ing side slope af ter strengthe2 joint ing side slope af ter strengthe2
n ing n ing
福 建 地 质 Geolo gy of Fujia n 第 27 卷 330
结论5 运用数值模拟手段 , 对鹰厦铁路典型顺层岩质边坡进行不同节理面粘聚力下的稳定性研 究分析 , 得出如下结论 :
()1 影响顺层岩质边坡稳定性的重要因素是节理面的粘聚力大小 , 即使岩体具有较大的
也会因为节理面上的粘聚力较小而出现拉应力破坏。 粘聚力 ,
()该顺层边坡从计算结果上看还没有出现破坏 , 但考虑到设计、施工中的不确定因素2
和安全系数原因 , 需要进行加固措施。
() 3对于顺层边坡的加固 , 采用预应力锚索是一种行之有效的方法 , 在坡面可能产生下 滑趋势时 , 锚索可以提供制止坡面下滑的压力。
参 考 文 献
1 冯 君 , 周德培 , 李安洪1 顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性影响因素分析1 工程地质学报 , 2005 , 13 ( )3
2 邓荣贵 , 张倬元 , 周德培1 峡谷河段高陡斜坡岩体变形与稳定性研究1 成都 : 西南交通大学出版社 , 2000
An Analyses in Sta bil ity of a Typical Consequent Rock
Slope in the Yingtan2Xia men Ra il wa y
Gao Do ngpi ng
( )Fu j i an I nstit ute of N o. 4 R ai l w a y En gi neeri n g Ex p loration an d Desi g n , Fuz hou , 350013
Abstract
The p ri ncip al f acto r s of i mp acti ng t he st a bilit y of a be ddi ng roc k slop e a re t he co he sive st re ngt h of roc k ma sse s a nd joi nt s a nd fi ssure surf ace s. Diff e ri ng f ro m t he co mmo n si de slop e s , t he co he sive st re ngt h val ue s of joi nt p la ne s deci de to t he st a bilit y of beddi ng slop e s. St udyi ng a beddi ng slop e i n t he Yi ngt a n2Xia me n Railway by t he n umerical a nalo g met ho d a nd co mp a ri ng t he st re ss st rai n of si de slop e s i n diff e re nt co he sive st re ngt h of joi nt p la ne s , it i s co n si de red t hat w hile t he co he sive st re ngt h of rock ma sse s i s relatively bi gge r a nd t he co he sive st re ngt h of joi nt p la ne s i s mi no r , t he be ddi ng slop e ca n be de st r uct e d by t he t e n sile st re ss. So me mea sure s of st re ngt he ni ng p re ssure d a ncho r s i s p ut fo r wa r d acco r di ng to t he po ssi ble de st r uctio nal fo r m s o n t he joi nt p la ne s. Ba sed o n t he a nal yse s of t he nu me rical si mulatio n a nd st re ssi ng c ha ract e ri stic s of si de slop e s af t e r st re ngt he ni ng , it i s sho w n t hat p re ssured a nc ho r s ca n help to t he st a bilit y of joi nti ng side slop e s.
Key words beddi ng slop e , st a bilit y , nu me rical si mulatio n , p re st re sse d ca ble
范文四：顺层岩质边坡变形破坏规律的分析
第59卷 第2期
2007年5月
有 色 金 属
Nonferrous M etals
Vol 159, No 12 M ay 2007
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
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]
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。
。由于结构面是控制岩石变形、破坏的主
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
[7]
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
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。
76有 色 金 属 第59卷
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 -基tu =G @E t 0) ; K 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
材料名称岩体结构面
弹性模量/M Pa 1000010
泊松比012013
重度/(kN #m -3)
25
17
内聚力/M Pa 11001132
内摩擦角/(b ) 3826
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 element
subjected to uniax ial str ess
211 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)
。
2 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
。
(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 shear
stress
212 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
图4 边坡位移矢量图
Fig 14 D i splacement vectorg raph o f slope
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
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 eak
图5 坡顶下沉曲线
F ig 15 Sinking curv e in the crest of
slope
structure surface
表2 物理力学参数计算取值
T able 2 M echanics parameters of numerical model
材料名称岩体第1组结构面第2组结构面
弹性模量/M Pa 1000020002000
泊松比012501350135
重度/(kN #m -3)
251717
内聚力/M Pa 11001120112
内摩擦角/(b ) 382424
311 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
图6 边坡水平方向位移曲线
F ig 16 Curve of hor izontal displacement
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。
3 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
。
(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)
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。
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。
(1) RFPA 边坡版分析程序考虑了岩质材料的非均匀性, 破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则, 可以考虑岩质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 边坡版在岩质材料破坏机理的分析上更为全面, 适合进行岩质边坡变形破坏分析及稳定性分析。
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 dow
n
(2) 通过使用RFPA 边坡版分析程序对具有单一软弱结构面、含两组软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏规律进行分析, 发现边坡的破坏面都是主要沿滑动面附近的软弱结构面发展, 可见滑动面附近的软弱结构面对边坡破坏起主导作用。(3) 含多组软弱结构面的顺层岩质边坡, 坡顶主滑动面前水平位置下沉较多。主滑动面后的下沉曲线呈阶梯式变化, 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的地表下沉也受软弱结构面影响。这对通过在
图10 边坡水平方向位移曲线
Fig 110 Curve of ho rizontal displacement
安全位置设立位移监测从而了解整个边坡的位移变化情况有着积极意义。
(4) 含多组软弱结构面的顺层岩质边坡, 主滑动面后所在位置位移变化同滑体所在位置位移变化之间的关系以及其影响因素还有待进行深入研究, 有待实践检验。
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, 其以下部分水平位参考文献:
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1841-18461[2]卢世宗1我国露天矿山边坡研究的基本情况与展望[J]1金属矿山, 1999, 279(9) :6-101[3]黄洪波1层状岩质边坡的稳定性研究[D]1杭州:浙江大学, 2003:2-71
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[8]郑颖人, 赵尚毅, 邓卫东1用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J]1岩石力学与工程学报, 2003, 22(2) :
254-2601
(下转第104页, Co ntinued on p. 104)
Review on Pollution Assessment of Heavy Metals
JIN Y an , H E De -w en, CH A I Li -yuan , PEN G Bing , WA N G Y un -yan, M IN Xiao -bo (D ep ar tment of Env ironmental Engineer ing , College of Metallur gical Science &Engineer ing,
Centr al South Univer sity , Changsha 410083, China)
Abstract
T he different assessment methods and models are compared and analy zed in three aspects of w aste w ater, sediment and soil polluted by heavy metal, the applied scope and disadvantage of different assessing methods and models are as the key points 1It is indicated by the comparison analysis that the bio -evaluation is more ideal and suitable for predicting zoology effect tow ard the complicacy and uncertainty of heavy metal pollution 1
Keywords:environment engineering; heavy metal pollution; review; assessing method; bio -evaluation
(上接第78页, Continued from p. 78)
[9]刘小丽, 周德培1有软弱夹层岩体边坡的稳定性评价[J]1西南交通大学学报, 2002, 37(4) :382-3861[10]唐春安, 王述红, 傅宇方1岩石破裂过程数值试验[M ]1北京:科学出版社, 2003:48-581[11]朱万成1混凝土断裂过程的细观数值模型及其应用[D]1沈阳:东北大学, 2001:33-401
Analysis on Distortion Disciplinarian of Rock Bedded Slope
XI E L ian -ku 1, YA N G Xiao -cong 1, Y AN G T ian -hong 2, T A N G Chun -an 2, G UO Li -j ie 1(11Beij ing Gener al Research I nstitute of Mining &Metallurgy , Beij in g 100044, China;
21School of Resour ce and Civ il Engineer ing, N or theaster n Univer sity , Shenyang 110004, China)
Abstract
T he distortion process of the rock bedded slope w ith w eak structure surface is analyzed by RFPA -slope limited element procedure 1It is acquired that the destroy of the slope appears and expands along the weak structure surface near sliding surface, the sinking curve of rock bedded slope w ith groups of w eak structure surface presents the diversification of rank, as is actively significance for learning the distortion of w hole slope throug h detecting displacement chang e of rock slope in secure sites 1
Keywords:m ining eng ineering ; rock bedded slope; RFPA -slope; w eak structure surface;
diversification of rank
范文五：岩层厚度对顺层岩质边坡失稳分析
摘 要：岩层厚度对于顺层岩质边坡稳定性的影响方面的研究有助于了解边坡失稳原因，在山区工程建设过程中是非常有必要的。岩层边坡研究主要遵循“地质勘察-理论研究-数值模拟”主要的技术路线，在合理划分顺层岩质边坡类型基础上，需要分析其稳定性。层状岩质边坡稳定性与地层性质、岩体本身特性以及地下水的分布有着直接的关系。本文主要对厚层以及薄层顺层岩质边坡稳定性进行了分析，并建立一些数学研究模型，希望对同行的工作有所借鉴意义。 关键词：分析；改善；措施 1 薄层岩体顺层岩质边坡稳定性分析 上世纪80年代后期，对于薄层岩体顺层岩质边坡稳定性研究已经比较深入，国外著名地质学专家Caverse、Hoke以及Boobers三人的弹性理论得到地质界的广泛认同，我国科学家孙广忠、李树森、刘均衡等地质学术前辈在弹性理论基础上，探索出了基于弹性理论的压杆稳定性理论，本理论对顺层边坡滑移变动问题进行了非常深入的数学分析，总结出了一套完善的理论计算公式，在工程实践中并结合了一些具体事例进行了充分验证。下面根据三位前辈研究成果，利用数学公式对弹性压杆稳定理论进行进一步阐述说明，在此基础上对顺层岩质边坡的溃屈破坏的稳定性进行全方位的介绍分析。 地质研究中会把薄层组成的层状岩体结构形式命名为板裂结构，板裂结构相对坡长一般比较小，其岩层走向与边坡走向基本一致，鉴于薄层岩质边坡岩层变形不大，数学分析可以采用小变形理论分析受力并求解；针对于那些坡面较宽的岩层，可以利用岩层的弯曲变形来作为平面应变问题加以分析。针对于结构面以及岩体的考虑同于溃屈破坏时的力学模型，可以认为岩体以及各个结构面之间的力学参数是一致的。 1.1 板裂结构岩体地质力学结构模型的建立 板裂结构岩体地质力学结构模型是在地质模型以及力学数学作用机制的基础上发展起来的，其变形与破坏一般可以分为顺层倾斜边坡溃屈破坏、直立边坡溃屈破坏、反倾向边坡倾倒变形三种地质力学结构模型。下面主要以顺层倾斜边坡溃屈破坏模型进行简单分析。 根据前辈孙广忠的弹性岩石结构力学受力分析，进行实例简单说明。某山坡位于长江下游，此山高度达到1890m，研究段坡脚高度标高为1020m。本坡段内夹一层泥灰岩夹层，经过层间错动已经演化成软弱夹层。Φi为17度，ci为0.4MPa。岩层段较为稀疏，E为50×103MPa，容重γ为2.7×104N/m3。软弱夹层上部灯影灰岩厚度为10m。岩层与山坡之间有一定的夹角，夹角大小为40度。经过地质勘察分析指导此边坡主要由灯影灰岩组成，结构形式为顺层薄层边坡，不会产生较大的滑动为一稳定破段。 1.2 本坡段的滑动深度分析 根据受力模型分析，假设此坡段滑动深度为h，单宽下滑力为s，那么可以根据弹性力学模型定式为： S=l0（γhsinα-γhcosαtanΦi）。Φi为17度，ci为0.4MPa。岩层段较为稀疏，E为50×103MPa，容重γ为2.7×104N/m3。软弱夹层上部灯影灰岩厚度为10m。岩层与山坡之间有一定的夹角，夹角大小为40度，可以算出s=（0.11h-0.4）l0。 由上式可以知道，当h大于0.4/0.11时就会产生一定的深滑动，但是实际工程中，软弱的夹层上面覆岩层厚度h为10m。所以，上覆岩层完全可以沿着软弱夹层的方向进行滑动，不利于结构的稳定性。 1.3 本边坡稳定性深层次分析 根据上述数据可以知道本边坡实际长度是1462m，边坡的极限长度为1237m，稳定性系数K=1237/1462=0.85 从上面运算数据就可以知道，本边坡有沿着顺层边坡滑动的趋势，有可能会发生溃屈破坏。如若在本区段有工程建设，需要额外注意，加强安全风险评判工作，避免造成不必要的损伤。 2 厚层岩体顺层岩质边坡稳定性分析 根据相关数据统计，岩体厚层边坡一般情况下是比较稳定的，但是在岩层的中间层地带受剪切力影响比较大，可出现一些岩层间错动现象，构成边坡滑动带，但是这样的情况比较少。另外，较为常见的边坡破坏形式是局部岩块崩滑以及松弛，崩滑与结构面的组合情况有关。软硬相间的地层组合是形成崩滑的主要地层组合特征，坚硬的岩层是形成崩滑的主要岩性特征，陡峻的斜坡地形是危岩形成并造成崩滑、坠落的必要条件。大量存在的岩体结构面是崩塌的主要地质结构特征，另外，重力以及地质水都会造成崩塌现实。下面根据厚层顺层岩质边坡的特性以及影响因素分析崩塌破坏的机理，在建立相应分析模型的基础上，运用极限平衡的数学研究方法解开崩塌之谜。 2.1 厚层岩质边坡的特性分析 根据相关数据记载，厚层岩质边坡破坏主要发生于坡度介于50度至90度之间的边坡，在峡谷陡峭位置发生几率最大。当线路走向与区域构造线相互平行时，在构造线交集位置更容易发生崩塌现象。在断裂或者不整合接触地带附近，地下水不多的位置也容易发生崩塌现象。坚硬岩层陡壁下，伏有风化破碎的软质岩层，且标高位于洪水变化幅度范围内，也是崩塌现象频繁出现地带。人为边坡开挖加大了边坡角度，同时也增加了坡高，这样做的直接结果就是改变了原坡度的力学受力平衡，使边坡特别是坡缘部分下部支撑力有所减小，破体上部卸荷力有所增大，使坡度受力重新进行了分布。暴雨和地震力是诱使厚层坡度产生崩塌主要外因，另外，风化作用、根劈作用、开山放炮、施工操作不合规范都会加剧边坡崩塌。 2.2 厚层岩质边坡崩塌的破坏机理以及破坏过程分析 崩塌又可以细分成几种具体形式，倾倒、滑移、鼓胀、拉裂、错断。发生倾倒崩塌时，崩塌体失稳破坏，以坡脚的某一点为转点，发生逐次的倾倒，重力作用以及地震水平作用力都会产生这样的倾倒崩塌；在某些比较陡峭的边坡，不稳定的岩体下部有向坡下倾斜的光滑结构面或者软弱面。开始的滑移决定着崩塌是否会发生，当重心滑出陡坡范围，崩塌就会轻而易举的发生。过量的水渗入也会产生这样的滑移崩塌；当边坡下有软弱下卧层时，很容易出现鼓胀现象。不稳定岩体与稳定岩体分离时，较厚下部岩体就会被软化，上部岩体对下部岩体产生压力，下部岩体被挤出变形，也会出现鼓胀现象；当岩体由不同硬度的岩层组成时，风化以及水流冲刷作用会使断面上的悬臂梁形式突出出来，重力作用致使没有产生变形的岩层产生裂隙，当拉应力大于岩层抗拉应力时，岩层就会发生裂缝，同时迅速向下运动，产生严重的拉裂现象；厚层岩体结构组成的顺层岩质边坡，结构面当是垂直裂隙发育时，崩塌体形状为厚板状，其外力主要受到自重产生的剪切力，此时就会出现失稳，严重时发生错段式崩塌。崩塌发生之后崩塌体主要是滑移、跳跃以及滚动式运动形式。 2.3 崩塌破坏的主要形式分析 潜在的崩塌体大小以及形态主要受到长期地质构造作用、斜坡重力作用以及风化作用。软弱结构组合容易产生崩塌，尤其在承受了上述外力作用下，更易发生地质崩塌现象。当崩塌体形成以后，会出现较长时间的结构蠕动位移，潜在的崩塌体会突变失稳，从而形成崩塌。在这个地质构造变化阶段，岩体翻到、跳跃、滚动、坠落、互相撞击时有发生，地质岩层经过运动后堆积了在坡脚位置。经过相关资料记载，较严重的突然崩塌会激起数量巨大的碎石，速度迅速、能力巨大以及破坏力惊人是它的主要破坏特征。 2.4 崩塌体运动规律分析 崩塌体落实运动形式是变化多样的，影响因素也是比较多，其落石计算形式一般是单一的，并且取一近似值。落实轨迹会遇到凸崖阻挡时发生变化。崩塌落实运行速度与掉落高度、碎石体积以及重量有着直接的关系，另外，还与山坡的坡度以及植被覆盖情况也有着一定干系。地质岩层破坏石块运行速度可以根据不同的山坡类型进行计算分析。折线形山坡崩塌碎石下落速度可以用下式表达出来： V=μ=ε μ=，ε=μ 上面式子中的H为崩塌厚度石块向下坠落的高度，以m计算；g为重力加速度，以m/s2计算；K为石块运动过程中受到外部影响造成的阻力系数。阻力系数又下表选取。 顺序 山坡坡度较大小 K计算公式汇总 1 0度至30度 K=0.41+0.0031 2 30度至60度 K=0.51-0.0047+0.0017α2 3 60度至90度 K=1.01-0.0123+0.000021α2 落石运动轨迹一般是滚落外加跳跃的形式，轨迹确定有助于拦截建筑物的地点设置。针对于落实腾跃分析，主要分析石块运行轨迹以及坡面的偏离程度，进而确定阻挡建筑物的外形以及拦截位置。 本文分了薄层以及厚层岩层对边坡稳定性的影响，并在此基础上分析了落实运动形式。各种因素对于边坡稳定性都有着一定的影响，板厚一致时，边坡稳定性坡长与坡角会有着一定的变化关系，角度变大，溃屈破坏最小长度也会相应的有所减小。岩层弹性模量也会影响岩层边坡的稳定性，在文章中已经做出了一些介绍分析，在此就不再赘述。相信随着对岩层边坡稳定性研究的进一步深入，山体坡脚工程建设的安全性将会有所改善。 参考文献 [1] 李安洪，周德培，冯君.顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策[J].岩石力学与工程学报，2004，07. [2] 龚文惠，王平，陈峰.顺层岩质路堑边坡稳定性的敏感性因素分析[J].岩土力学，2003，07. [3] 李海波，肖克强，刘亚群.地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析[J].岩石力学与工程学报，2010，03. [4] 贾存兴.层状岩土质混合高边坡施工期破坏机制与稳定性研究[J].中外公路，2007，07. [5] 滕光亮，陈永明，石玉成，孙崇绍，卢育霞，强正阳.地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究[J].企业技术开发，2010，03. [6] 曾中林，刘贵应.顺层滑移型边坡参数敏感性分析[J].西部探矿工程，2011，03. [7] 李全，金培杰，张红利.云南元武高速公路滑坡稳定性分析[J].铁道建筑，2011，07. [8] 王树威，钱越，桂志敬，陈宁，赖见辉.基于实时监测技术的公路边坡稳定性评价研究[J].交通标准化，2010，21. [9] 郑颖人，赵尚毅，邓卫东.岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报，2011，07.
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