考慮節理影響的巖質邊坡穩定性分析

姜嘯 楊正玉 王威 劉順青

摘? 要：為考慮節理對巖質邊坡穩定性的影響，采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了巖質邊坡數值模型，分析了節理長度、節理距離坡趾的水平距離以及節理傾角對邊坡穩定性的影響規律。研究結果表明，隨著節理長度的增加，邊坡的下、上限安全系數逐漸減小;隨著節理距離坡趾水平距離的增加，邊坡的下、上限安全系數逐漸增加;巖質邊坡的下、上限安全系數隨著節理角度的增加先減小后增大，減小及增大的幅度與坡角大小有關。研究結果可為巖質邊坡的設計提供一定參考依據。

關鍵詞：節理;巖質邊坡;穩定性;極限分析

中圖分類號：TU441? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）26-0079-02

Abstract： In order to study the influence of joint on rock slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model. And then the influence of the length of the joint， horizontal distance of joint from toe of slope， and joint angle on the rock slope stability is analyzed. The results show that the lower and upper limit safety factors of rock slopes gradually decrease with the increase of the length of joint， and they increase gradually with the increase of the horizontal distance of joint from the toe of slope. The lower and upper limit safety factors of rock slope decrease first and then increase with the increase of joint angle， and the magnitude of decrease and increase is related to the size of rock slope angle. The research results can provide some reference for the design of rock slopes.

Keywords： joint; rock slope; stability; limit analysis

1 概述

巖體通常由巖石和節理裂隙構成，節理裂隙的存在大大影響了巖質邊坡的穩定性。含有節理裂隙巖質邊坡的穩定性很大程度決定于節理的特性[1-3]，而針對節理對巖質邊坡穩定性影響的研究還不夠完善。本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了含節理的巖質邊坡數值模型，分析了不同節理長度、節理距離坡趾水平長度及節理傾角下的影響規律。研究結果可為含節理巖質邊坡的設計提供一定參考依據。

2 有限元極限分析計算模型的建立

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立含節理巖質邊坡的分析模型，在模型的左右邊界設置水平約束，在模型的底部邊界設置固定約束。含節理巖質邊坡的計算模型如圖1所示。

含節理巖質邊坡穩定性計算時，“巖體”及“節理”的本構模型均采用摩爾-庫倫模型，具體的計算參數如表1所示。

3 不同節理長度對邊坡穩定性的影響

為分析節理長度對巖質邊坡穩定性的影響，選取節理距離坡趾的水平長度為1.5m，節理傾角為45°，節理長度分別為2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m，巖質邊坡穩定性的計算結果如圖2所示。從圖2中可以看出，當節理長度從2m增加到14m時，邊坡的下限安全系數從2.361減小到1.542，上限安全系數從2.444減小到1.646，減小幅度超過30%。

4 節理距離坡趾長度對邊坡穩定性的影響

為分析節理距離坡趾水平長度對巖質邊坡穩定性的影響，選取節理長度為10m，節理傾角為45°，節理距離坡趾長度分別為0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m，巖質邊坡穩定性的計算結果如圖3所示。從圖3中可以看出，當節理距離坡趾水平長度從0.5m增加到3.0m時，邊坡的下限安全系數從1.759增加到1.926，增加幅度約為9.5%;上限安全系數從1.891減小到2.041，增加幅度約為8.0%。

5 不同節理角度對邊坡穩定性的影響

為分析節理角度對巖質邊坡穩定性的影響，選取節理長度為10m，節理距離坡趾的水平距離為1.5m，節理角度分別為10°、20°、30°、40°、50°、60°，巖質邊坡穩定性的計算結果如圖4所示。從圖4中可以看出，當節理的角度從10°增加到60°時，巖質邊坡的下限安全系數先從2.109減小到1.759，而后增加到2.051;上限安全系數先從2.208減小到1.873，而后增加到2.207，可見節理角度對巖質邊坡穩定性的影響與其坡角有關。

6 結論

（1）距離坡趾水平長度及節理傾角相同時，隨著節理長度的增加，巖質邊坡的下、上限安全系數逐漸減小。

（2）節理長度及傾角相同時，隨著節理距離坡趾水平距離的增加，邊坡的下、上限安全系數逐漸增加。

（3）節理長度及距離坡趾水平長度相同時，隨著節理傾角的增加，巖質邊坡的下、上限安全系數先減小后增大，減小及增大幅度與坡角大小有關。

參考文獻：

[1]杜光勤，魯志強，湯華.兩組節理控制下的公路巖質邊坡穩定性分析及防控措施研究[J].應用力學學報，2016，33（1）：150-156.

[2]秦溯，李云安，廖攀.非貫通節理巖體邊坡穩定性及破壞規律的數值分析[J].低溫建筑技術，2017，39（12）：142-145.

[3]周太全，華淵，宿樹波.基于強度折減法的節理巖質邊坡支護穩定性分析[J].金屬礦山，2009，39（1）：37-40.