巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響

張紹波 趙中椋

(遼寧師范大學(xué)，遼寧大連 116029)

1 概述

邊坡是人類生活和進(jìn)行工程活動(dòng)最為普遍的地質(zhì)環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷的發(fā)展，越來越多地質(zhì)災(zāi)害問題出現(xiàn)在人類的生活生產(chǎn)中，不僅對社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重的危害人類的安全及人類社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，很多國內(nèi)外的學(xué)者對各類邊坡進(jìn)行了大量的研究，在解決邊坡問題上取得了舉世矚目的成就。然而，邊坡穩(wěn)定性研究方法仍是當(dāng)今社會(huì)一個(gè)不容忽視的問題，也是邊坡穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)。

2 分析結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響

2.1 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算方法［1］

極限平衡法假定巖土體破壞是由于滑體沿滑動(dòng)面發(fā)生滑動(dòng)而造成的。假設(shè)滑動(dòng)面已知，其形狀可以是平面、圓弧面、對數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則面，通過考慮斜坡上的由滑動(dòng)面形成的隔離體或其分塊的力學(xué)平衡原理(即靜力平衡原理)分析斜坡在各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及斜坡體上的抗滑力和下滑力之間的定量關(guān)系來評價(jià)斜坡的穩(wěn)定性。

本文假定邊坡可能產(chǎn)生平面滑動(dòng)，故邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks按下式計(jì)算:

其中，γ為巖土體的重度，kN/m3;c為結(jié)構(gòu)面的粘聚力，kPa;φ為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，(°);A為結(jié)構(gòu)面的面積，m2;V為巖體的體積，m3;θ為結(jié)構(gòu)面的傾角，(°)。

2.2 分析步驟

1)采用式(1)計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)。

2)邊坡結(jié)構(gòu)面傾角α的變化對安全系數(shù)的影響。

在邊坡高30.5 m，邊坡坡角 β=90°，結(jié)構(gòu)面粘聚力 c=48 kPa，結(jié)構(gòu)面摩擦角 φ=30°，γ=24 kN/m3，邊坡為一層，不考慮張裂隙及地震等作用的工況下，分別計(jì)算邊坡結(jié)構(gòu)面傾角α變化10°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°時(shí)的邊坡安全系數(shù)(見表1)。

表1 結(jié)構(gòu)面傾角對邊坡穩(wěn)定性的影響

當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角 α 取 10°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°時(shí)，其他條件不變，安全系數(shù)經(jīng)歷大—小—大變化(見圖1)。因此當(dāng)坡角恒定時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)面傾角的增加，邊坡穩(wěn)定系數(shù)可能增加也可能減小。因此，在工程實(shí)際中，重點(diǎn)分析結(jié)構(gòu)面傾角的變化，利用上述結(jié)論對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確保邊坡的穩(wěn)定性。

圖1 順層邊坡結(jié)構(gòu)面傾角與穩(wěn)定系數(shù)折線圖

3)研究邊坡結(jié)構(gòu)面巖體粘聚力c的變化對安全系數(shù)的影響。

在邊坡高30.5 m，邊坡坡角 β =90°，結(jié)構(gòu)面傾角 α =60°，結(jié)構(gòu)面摩擦角φ=30°，γ=24 kN/m3，邊坡為一層，不考慮張裂隙及地震等作用的工況下，分別計(jì)算邊坡結(jié)構(gòu)面巖體粘聚力c變化20，25，30，35，40，45，50，55 時(shí)的邊坡安全系數(shù)(見表 2)。

表2 結(jié)構(gòu)面粘聚力對邊坡穩(wěn)定性的影響

當(dāng)粘聚力 c取 20，25，30，35，40，45，50，55 時(shí)，其他條件不變，邊坡安全系數(shù)見圖2，安全系數(shù)隨著粘聚力的增大而增大。因此隨著粘聚力的增大，邊坡安全系數(shù)增大，即粘聚力越大邊坡越安全。

圖2 順層邊坡結(jié)構(gòu)面傾角與穩(wěn)定系數(shù)折線圖

4)邊坡結(jié)構(gòu)面巖體摩擦角φ的變化對安全系數(shù)的影響。

在邊坡高30.5 m，邊坡坡角 β =90°，結(jié)構(gòu)面傾角 α =60°，結(jié)構(gòu)面粘聚力c=45 kPa，γ=24 kN/m3，邊坡為一層，不考慮張裂隙及地震等作用的工況下，分別計(jì)算邊坡結(jié)構(gòu)面巖體摩擦角φ變化20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°時(shí)的邊坡安全系數(shù)(見表 3)。

表3 結(jié)構(gòu)面摩擦角對邊坡穩(wěn)定性的影響

當(dāng)摩擦角 φ 取 20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°時(shí)，其他條件不變，邊坡安全系數(shù)見圖3，安全系數(shù)隨著摩擦角的增大而增大。因此隨著摩擦角的增大，邊坡安全系數(shù)增大，即摩擦角越大邊坡越安全(見圖3)。

圖3 順層邊坡結(jié)構(gòu)面傾角與穩(wěn)定系數(shù)折線圖

3 結(jié)語

1)巖體中結(jié)構(gòu)面的存在是影響巖石邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一。2)其他條件恒定時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不會(huì)隨著結(jié)構(gòu)面的增加而增加或減小，而是呈現(xiàn)從大—小—大的變化，因此要根據(jù)實(shí)際情況具體問題具體分析。3)隨著結(jié)構(gòu)面的粘聚力或內(nèi)摩擦角的增加，安全性系數(shù)隨之不斷增大，邊坡也越穩(wěn)定，但是，摩擦角對安全系數(shù)的影響表現(xiàn)得更為顯著。4)綜上可以看出，當(dāng)想通過增大結(jié)構(gòu)面傾角提高邊坡安全系數(shù)時(shí)，粘聚力和內(nèi)摩擦角對安全系數(shù)的影響不容忽視，反之亦是如此;因此，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀因素對邊坡的穩(wěn)定性影響并不是確定性的，在實(shí)際問題中，充分考慮到結(jié)構(gòu)面傾角與粘聚力、內(nèi)摩擦角的最優(yōu)組合，這時(shí)，邊坡處于最理想穩(wěn)定的狀態(tài)，對工程安全性及經(jīng)濟(jì)的合理性更為重要。

［1］張 飛，池秀文.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的探討［J］.巖土力學(xué)，2011，24(sup):37-38.

［2］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］陳祖煜，汪小剛，楊 健，等.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理·方法·程序［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［4］湖北省水利水電勘測設(shè)計(jì)院.邊坡工程地質(zhì)［M］.北京:水利水電出版社，1983.

［5］《巖土工程手冊》編寫委員會(huì).巖土工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995.