形成邊坡傾倒變形的作用機制及影響因素分析

王雪輝，李梅

【摘 要】論文通過對當前邊坡傾倒的變形特征角度進行相關的闡述，從而對邊坡傾倒變形的力學機制進行分析探究。并且在這基礎之上，了解結構面間距以及力學參數對變形的影響。通過對巖體的應力、位移等分布特點進行討論，從而了解反傾邊坡的穩定性狀態，需要注意的一點是該巖體之中含有機構面。

【Abstract】This paper analyzes and probes into the mechanical mechanism of slope toppling deformation by expatiating the deformation characteristic angle of current slope dumping. On this basis， the influence of structural plane spacing and mechanical parameters on deformation is understood. By discussing the distribution characteristics of stress and displacement of the rock mass， the stability state of the anti-dip slope is understood. It is important to note that the rock mass contains the mechanism plane.

【關鍵詞】邊坡傾倒變形;作用機制;影響因素;特征;分布特點

【Keywords】 slope toppling deformation; action mechanism; influencing factors; characteristics; distribution characteristics

【中圖分類號】TU761 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）11-0086-02

1 引言

當前我國經濟發展速度不斷加快，但是在發展的過程之中，邊坡的問題日益明顯。邊坡在演變的過程之中，會出現不同形式以及規模的變形，例如，出現滑坡或者崩塌的情況。而邊坡在形成的實際過程之中，其內部出現的應力狀態會出現一定的變化，從而導致應力重分布或者應力集中等情況。而想要適應這種狀態，便需要對于形成邊坡傾倒出現變形的影響因素進行合理的分析判斷。

2 反傾邊坡的變形特征

一般情況下，巖體之中，大多數都含有結構面，而根據當前結構面的特征可以將其分成斷層、層面以及節理和裂縫。而對于一些天然或者人工來進行開挖所形成的邊坡，那么其變形的具體特征以及結構面的方位會有直接性的關系。例如，邊坡如果有反傾結構面，在變形時，不僅結構面會出現錯動之外，邊坡上部也會出現十分明顯的彎曲變形，也就是我們常說的“點頭”[1]。而通過當前所進行的野外觀測，以及在實驗室進行的模擬實驗，已經在力學的機制之上，進行了相應的定性描述，并且采取懸臂梁理論，進行了相應的早期的定量分析。

3 本構模型

在進行模型組構時，對于粘性特點進行分析，當前所使用的是粘塑性模型。可以將巖體的總變形分成彈性變形以及粘塑性變形這兩部分：{∈}={∈e}+{∈vp} ?（1）

而粘塑性的關系可以通過（2）式進行描述：

{∈vp}=■（F）■ ?（2）

而在這之中，η是粘滯系數，而F則是屈服函數，其表達是應該是：

（F）=F ? ? F>00 ? ? F≤0 ?（3）

而對于結構面所構成的本構關系，都可以選擇類似于巖體這種彈性以及粘塑性的模型。而由于當前結構面的厚度一般都比較小，所以位移以及應力之間的關系，都可以將其認為是近似線彈性的[2]。

4 工程案例以及結果的分析

4.1 工程案例

當前以水電工程作為實際的案例，進行相應的計算。該工程在進行開挖時，形成了臺階式的高陡邊坡，而邊坡有著一系列的反傾層面，其中的間隔為8～15m，其開挖的深度則是110m。當前為了可以更加簡便進行計算，可以選擇使用直坡開挖的方式來進行相應的模擬，將模擬的水平尺度記為500m，而垂直的尺度則是320m。而巖體則選擇采用6節點三角形單元，其層面可以選擇相應的6節點，非線性的節理元，其單元的總數記為1530個[3]。材料的參數如表1所示。

4.2 結果分析

根據構成的模型，可以了解，由于在挖洞時，巖體被層面切割之后，出現了十分明顯的彎曲變形的狀態，從而形成了“點頭”的模式。而越靠近坡面，彎曲的變形也越來越大。而分割巖體這一系列層面都出現了相應的錯動的現象。而這其實和在野外進行觀測，以及在實驗室模擬檢測之后的結構都相似。通過模擬實驗之后，可以看出含結構面的巖體，是要比不含結構面的巖體的最大位移要更大，而不含結構面的巖體，主要是在坡腳處，出現了應力集中，基本上拉應力已經不存在了[4]。而含有機構面的巖體，則是在邊坡的上部，就已經出現了較大面積的拉應力區，二者存在較大的差別，而含有結構面的巖體的穩定性會更差一些。

5 反傾邊坡傾倒變形的影響因素的分析

當前對于反傾邊坡變形的程度產生影響的因素比較多，在歸納之后，可以分成以下幾種：第一，初始應力場，這主要是指當前的水平應力;第二，則是邊坡的初始坡度，這主要是指開挖之后的深度以及角度;第三，巖體自身的力學參數以及和結構面所形成的力學參數;第四，結構面的幾何特性，也就是結構面的間距和傾角;第五，開挖之后，地下水位出現的變化;第六，當前巖體對于歷史上應力，以及變形的記憶功能進行進一步的探究，而這些原因，對于傾倒的變形程度又有著較大的影響，但是其影響也會有一定的限制[5]。

而有一些因素其本身就是在一定的限定范圍之內，例如，當前巖體之中的水平應力和垂直應力，所產生的比例都應該保持在一定的變化范圍之內，而同一類的巖石的力學參數并不會出現較大的差異等。所以不難發現，這些因素并不是邊坡傾倒出現變形的最主要因素，而是對于邊坡的總體變形產生較大的影響。所以真正對于邊坡傾倒出現變形影響的最大因素主要有兩個，除了由于結構面的間距會產生影響，也就是我們常說的結構面之間板狀巖體的長細比會產生一定的影響，另外一個就是結構面的力學參數，會導致邊坡傾倒的變形出現影響。而巖體之中，結構面間距出現較大的差異，這主要是由于結構面自身的特性，斷層之間的間距以及裂隙之間的間距有可能會有十分明顯的差距，有時甚至會出現幾個數量級的差距，而除此之外，不同類型的機構面其力學參數也會出現比較大的差異。

當前為了更好地進行分析，現不考慮法向變形變化的狀況，還有四個相關的力學參數可以進行選擇參考[6]。而對于不同的切向變形的剛度數值，所計算出的坡頂位移值數據如表2所示。而對于不同的結構面的間距，其計算出的坡頂位移值數據如表3所示。根據數據可以看出，這兩項參數對于坡頂位移值有著十分大的影響。

6 結論

對于邊坡的傾倒變形來說，反傾結構面會對其具有直接性的控制性作用。而無論是通過位移、拉應力區，還是當前的屈服區分布的特征情況來看，反傾結構面對于巖體穩定性有著很大程度的減弱。而對于反傾邊坡來說，最危險的區域并不是在坡腳，而是出現在坡頂，所以對于這一類邊坡在進行穩定性研究時，極限平衡法并不適用。所以在邊坡的設計時，一項十分重要的問題，便是如何在反傾邊坡的坡頂進行加固。

【參考文獻】

【1】王霄，陳志堅，徐進鵬，等.似層狀巖質邊坡傾倒變形破壞過程數值模擬[J].水文地質工程地質，2018，45（1）：137-143.

【2】駱波，張發明，單鐘錕，等.反傾軟硬互層邊坡傾倒變形影響因素及破壞機制研究[J].河南科學，2018，36（8）：1262-1267.

【3】翟俊蒞，巨能攀，趙建軍.高密度電法在傾倒變形分級中的應用研究[J].工程地質學報，2017，25（03）：873-878.

【4】劉品，龍森，吁燃.惠羅高速公路羅甸互通邊坡傾倒變形機理與加固效果分析[J].路基工程，2018（1）：220-224.

【5】吳關葉，鄭全春，鄭惠峰，等.苗尾水電站邊坡傾倒變形機理與加固效果分析[J].地下空間與工程學報，2017，13（2）：538-544.

【6】金文祥，許騰暉，孫書勤.反傾層狀巖體傾倒變形發育深度模型的計算分析[J].水利水電技術，2018，49（5）：129-135.