巖質邊坡楔形體失穩破壞的穩定性分析

【摘要】巖質邊坡楔形體失穩破壞是巖質邊坡常見的破壞類型，其基本力學原理類似于平面破壞，屬于滑移破壞的范疇，其穩定性受組合結構面所控制，是典型的空間穩定性問題，力學機制比較復雜。其穩定性問題是巖質邊坡工程的經典問題。本文采用極限平衡方法和FLAC3D數值模擬方法對楔形體邊坡進行分析，較好的驗證了楔形體邊坡的破壞機制。

【關鍵詞】楔形體；極限平衡法；數值模擬；穩定性

1、引言

巖質邊坡的失穩破壞類型中，楔形體失穩破壞是一種典型的破壞形式，尤其是在中等-強風化的破碎巖質邊坡中，該破壞形式更為常見。因此其穩定性分析在實際工程中具有相當重要的地位，受到廣大學者和工程實踐人員的重視。目前，一般運用赤平投影法、極限平衡法，對楔形體邊坡進行穩定性分析，但隨著計算機的普及，數值分析方法越加的展現其不可替代的優勢[1-5]。

2、工程概況

本文以四川某老楔形體邊坡失穩為例，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。本文通過地質調查及分析，對該老楔形體滑坡原始地形進行還原，再此基礎上對其進行穩定性分析。（見圖1 ）

2.1 邊坡巖體結構特征

邊坡巖體受強烈構造作用影響，北東盤地層，靠近斷裂多直立倒轉和強烈揉皺，巖體遭受明顯的動力變質，巖體破碎，結構面發育，主要發育四組結構面，按優勢結構面發育程度排序如下：①層面，產狀變化大，27°～62°∠51°～84°，巖層為中到厚層夾薄層，張開最大達20cm左右 ；②裂隙L1產狀：290°～319°∠49°～84°，為硬性結構面，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，為危巖體發育提供良好巖體結構條件。

2.2 巖土體物理力學參數選取

計算參數選擇的合理與否，特別是滑動帶粘聚力和摩擦角的取值，對評價穩定性顯得尤為重要。本文計算參數見下表1，

3、楔形體邊坡穩定性分析

3.1 極限平衡法分析

通過對該老楔形體滑坡進行地質還原后，其受力分析如圖2所示，由靜力平衡關系可知：

3.2 數值模擬分析

（1）計算模型

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

（2）數值模擬計算結果及分析

ansys建模之后，通過ansys to flac軟件導入FLAC3D建立邊界標間，進行加載求解。采用FLAC3D軟件的內置的強度折減法求解安全系數，其求解結果如圖3所示。

通過數值方法模擬得到該楔形體邊坡破壞前的穩定性系數FS=0.93，從剪應變增量及速度矢量圖可以得到，該楔形體破壞區域剪應變增量明顯更加集中，并且速度矢量明顯大于其他區域，說明該楔形體已經出現了明顯滑動，即已經發生破壞；

結論：

通過對初始應力狀態下邊坡的數值模擬分析表明，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生破壞。數字模擬結果顯示，該邊坡的穩定系數F_s=0.93，與極限平衡法的結果相近，相互驗證了其計算的正確性，且數值模擬得到的變形特征也與工程實際相符合。相比于極限平衡法，數值模擬能夠更好的獲得邊坡的內部應力和變形，得出更加全面的結論。

參考文獻：

[1]林峰，黃潤秋.邊坡穩定性極限平衡條分法的探討[J].地質災害與環境保護.1997.12（4）：9-13.

[2]李冬田，余運華.巖坡穩定的層分析方法與抗滑系數圖譜[J].巖體工程學報. 2001， 23（1）：18-23.

[3]陳林.巖質邊坡穩定性評價方法綜述[J].基礎與結構工程.2013.1（1）：105-108.

[4]姜廣榮，朱可善.極限平衡法分析楔形體穩定性的適用性研究[C].重慶巖石力學與工程學會第一屆學術討論會論文集.

[5]Evert Hoek，John Bray. Rock slope engineeering[M]. London： Institution of Mining and Metallurgy， 1981.

作者簡介：

劉立波，四川遠建建筑工程設計有限公司，四川自貢。