巖質邊坡楔形體失穩破壞的穩定性分析

文/ 劉立波 四川遠建建筑工程設計有限公司 四川自貢 643000

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。

圖1 楔形體破壞后的槽狀地貌

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，

表1 計算參數

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：

圖2 沿交線視圖的受力分析

式中：R1、R1—結構面1、2的法向作用力；

ζ—兩結構面夾角；

β0—楔形體的偏斜角；

W—楔形體重量；

βj—結構面交線傾角。

聯立求解可得：

其穩定系數為：

帶入參數，可得Fs=0.97。

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。

圖3 安全系數、剪切應變增量圖及速度矢量圖

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。