基于節(jié)理巖體的巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析與評價★

何國峰 王 禹 胡龍虎

(1．石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生學(xué)院，河北石家莊 050031; 2．中國石油天然氣華東勘察設(shè)計研究院，山東青島 266300)

1 概述

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，高邊坡引起的滑坡、崩塌等一些災(zāi)害往往造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和財產(chǎn)損失，因此對高邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析與評價有重要意義。

周德培等［1］根據(jù)巖質(zhì)邊坡的坡體結(jié)構(gòu)建立模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并將坡體結(jié)構(gòu)與巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，結(jié)合多種影響邊坡穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了評價。

郭明偉等［2］采用有限元的方法，基于安全系數(shù)對簡單邊坡體進(jìn)行了應(yīng)力分析。

賀建清等［3］基于最小二乘法對經(jīng)典土壓力理論用MATLAB編程的方式求解安全系數(shù)，有效的減少了計算過程。

徐鼎平等［4］以原位測試和室內(nèi)試驗成果為基礎(chǔ)結(jié)合FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬，提出了基于數(shù)值模擬，有效整合數(shù)值分析、極限平衡分析和可靠度分析方法的邊坡穩(wěn)定性綜合分析方法。

唐洪祥等［5］基于地震動力時程反應(yīng)和隨機(jī)地震反應(yīng)，分析了正弦波作用下模型壩邊坡的穩(wěn)定性，并通過對地震動力作用下土石壩邊坡穩(wěn)定性的分析，對地震動力作用下影響壩體邊坡最危險滑裂面位置及穩(wěn)定性的動力影響因素進(jìn)行了有益的探討。

陳國慶等［6］基于動態(tài)和整體強(qiáng)度折減法，利用動態(tài)強(qiáng)度折減法搜索出漸進(jìn)擴(kuò)展的滑動面，并結(jié)合整體強(qiáng)度折減法，在邊坡漸進(jìn)失穩(wěn)過程中計算動態(tài)安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對邊坡失穩(wěn)全過程的分析和調(diào)控。

劉華麗等［7］應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評判法，建立震動作用下邊坡穩(wěn)定性模糊層次分析模型，運(yùn)用重要性排序確定各個指標(biāo)的權(quán)重，對震動作用下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

李云等［8］則將模糊集理論中模糊推理系統(tǒng)與CSMR巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性綜合評價方法相結(jié)合形成FCSMR評價方法。

對于節(jié)理巖體邊坡，賀續(xù)文等［9］利用離散元軟件PFC2D進(jìn)行數(shù)值模擬，對完整巖石及節(jié)理的力學(xué)性能進(jìn)行研究，并建立含密集節(jié)理的巖體邊坡模型，討論了節(jié)理連通率對邊坡破壞形式的影響。

馮樹榮等［10］研究了具有2組平行節(jié)理巖體邊坡的極限平衡分析方法，并推導(dǎo)了相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性分析計算公式，編制了基于潛在滑動面自動搜索的邊坡穩(wěn)定性研究程序，通過與文獻(xiàn)中算例的對比研究，證明了所提出的節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性分析方法的正確性，為具有2組平行節(jié)理巖體邊坡的穩(wěn)定性分析提供一條新的有效途徑。這里對邊坡破壞模式進(jìn)行了分析，并用平面滑動計算坡面巖層的穩(wěn)定性和用楔形體計算節(jié)理巖體的穩(wěn)定性，來綜合驗證巖體的穩(wěn)定性，并對其進(jìn)行穩(wěn)定性評價。

2 穩(wěn)定性計算方法

2．1 平面滑動計算方法

平面滑動采用GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，極限平衡法公式:

計算簡圖見圖1。

圖1 坡面計算簡圖

2．2 楔形體穩(wěn)定分析法

對有可能發(fā)生規(guī)模較大的局部塊體失穩(wěn)的巖質(zhì)高切坡，應(yīng)采用赤平極射投影法楔形體穩(wěn)定分析法進(jìn)行局部塊體穩(wěn)定分析。楔形體穩(wěn)定性按HOEK提出的計算公式計算(理正軟件計算公式)。

3 工程概況

這里以某工程為例說明穩(wěn)定性分析與評價方法，高邊坡出露地層有侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)的基巖及第四系殘坡積層(Qel+dl)。根據(jù)地表及人工邊坡出露的基巖的風(fēng)化特征，按《巖土工程勘察規(guī)范》［12］中的巖石風(fēng)化分帶標(biāo)準(zhǔn)，可將區(qū)內(nèi)風(fēng)化巖體分為中等風(fēng)化帶、微風(fēng)化。下面以其中一個典型的剖面為例進(jìn)行分析計算。

工程區(qū)高切坡剖面圖見圖2。

圖2 工程區(qū)高切坡剖面圖

高邊坡由泥巖組成巖質(zhì)邊坡，邊坡坡面走向170°，坡向西，坡角約65°，勘察范圍內(nèi)邊坡起點(diǎn)72．30 m ～128．23 m，坡長55．93 m，坡頂高程為211．50 m，坡底高程為183．38 m，坡高約 28．12 m，邊坡面積1 128．54 m2。總體形態(tài)特征為西低北東高。工程區(qū)為背斜北西翼，巖層產(chǎn)狀:傾向350°，傾角41°，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層，泥巖中發(fā)育一組裂隙:裂隙走向280°，傾向190°，傾角25°，長度為1 m～4 m，張開度1 mm～4 mm，無充填，結(jié)合差。高邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)表如表1所示，由于高切坡地下水埋深大，考慮暴雨對邊坡巖體的影響，參數(shù)選用低值參數(shù)，不考慮地下水的作用。巖土體物理力學(xué)參數(shù)詳見表1，表2。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)值表

表2 裂隙面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值

4 穩(wěn)定性分析與評價

平面滑動計算結(jié)果如下:

經(jīng)過計算，剖面在飽和層面條件下的穩(wěn)定安全系數(shù)為2．768，同時高邊坡地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，為順向坡，邊坡基本穩(wěn)定，局部有順層滑移的可能性。計算簡圖如圖3所示。如果是逆向坡，地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，邊坡一般總體穩(wěn)定，無順層滑移的可能。

圖3 坡面計算圖

若穩(wěn)定安全系數(shù)低于工程最低要求，將進(jìn)行加錨桿或者抗滑樁等加固設(shè)計進(jìn)行復(fù)算，直至穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到要求。坡面計算圖見圖3。

楔形體穩(wěn)定性計算結(jié)果如下:

根據(jù)赤平投影分析，選取典型剖面分別判斷裂隙是否形成楔形體，并計算楔形體的穩(wěn)定性。結(jié)果如表3所示。

根據(jù)赤平投影分析，選取典型剖面分別判斷可知，裂隙巖體總體穩(wěn)定。

表3 楔形體滑動穩(wěn)定安全系數(shù)表(飽和條件)

若楔形體計算結(jié)果不滿足工程最低要求，將進(jìn)行加錨或抗滑樁等加固設(shè)計進(jìn)行復(fù)算，直至穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到工程要求。

根據(jù)上述計算結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)條件，可以得出以下穩(wěn)定評價:高切坡整體基本穩(wěn)定，局部有發(fā)生順層滑移的可能性，裂隙對邊坡的整體穩(wěn)定性無大的影響，預(yù)測可能破壞的模式為剝落、掉塊及崩塌。

5 結(jié)語

通過引用上述工程實(shí)例，分析計算了具有節(jié)理的巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性分析與評價方法，對巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面和節(jié)理進(jìn)行穩(wěn)定性分析和計算，從預(yù)測可能的破壞模式，可以為工程設(shè)計治理方案提供依據(jù)。

［1］周德培，鐘 衛(wèi)，楊 濤，等．基于坡體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27(4):687-695．

［2］郭明偉，李春光，王水林，等．基于有限元應(yīng)力的三維邊坡穩(wěn)定性分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2012，31(12):2494-2500．

［3］賀建清，劉秀軍．基于最小二乘法的邊坡穩(wěn)定性分析［J］．巖土力學(xué)，2012，33(6):1724-1729．

［4］徐鼎平，朱大鵬．太和鐵礦西端幫冰磧土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27(z2):3335-3340．

［5］唐洪祥，邵龍?zhí)叮卣饎恿ψ饔孟掠邢拊潦瘔芜吰路€(wěn)定性分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23(8):1318-1324．

［6］陳國慶，黃潤秋，石豫川，等．基于動態(tài)和整體強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2014(2):243-256．

［7］劉華麗，盧厚清，李宏偉，等．模糊綜合評判法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］．解放軍理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，14(1):84-88．

［8］李 云，劉 霽．基于模糊集理論與CSMR的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析［J］．中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，43(5):1940-1946．

［9］賀續(xù)文，劉 忠，廖 彪，等．基于離散元法的節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性分析［J］．巖土力學(xué)，2011，32(7):2199-2204．

［10］馮樹榮，趙海斌，蔣中明，等．節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性分析新方法［J］．巖土力學(xué)，2009，30(6):1639-1642．

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