爆破震動作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

申連平 張振 王龍

摘要：根據(jù)工程實踐，土質(zhì)邊坡在失穩(wěn)破壞時往往頂端有垂直裂隙，中間為直線，底部為圓弧。文章采用爆破震動作用下土質(zhì)邊坡的這種典型的破壞模式，考慮了爆破震動時水平荷載和垂直荷載的共同作用，將爆破震動荷載由一個瞬時的慣性力來代替，在確定慣性力的大小時用等效加速度的方法。

關(guān)鍵詞：爆破震動 土質(zhì)邊坡 等效加速度 安全系數(shù)

邊坡作為一種特殊的人類工程活動的產(chǎn)物，其穩(wěn)定性研究一直是巖土工程研究領(lǐng)域的重要組成部分，國內(nèi)外學(xué)者圍繞邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行了大量的研究，取得了豐富的研究成果。邊坡穩(wěn)定性分析方法按荷載性質(zhì)可劃分為靜力分析方法和動力分析方法兩種。目前，關(guān)于靜力作用下的邊坡穩(wěn)定性研究較多，已趨于成熟，國內(nèi)外均已制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，為工程應(yīng)用提供了技術(shù)指導(dǎo)[1]。由于動力作用下（如爆破荷載、地震荷載、風(fēng)荷載等）邊坡的穩(wěn)定性研究比較復(fù)雜，現(xiàn)階段的研究還不成熟，爆破震動作用下土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性研究進(jìn)展緩慢。

爆破震動作用下邊坡穩(wěn)定性分析及評價具有十分重要的現(xiàn)實意義。在水利、采礦、公路、鐵路等工程中因爆破震動而導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象時有發(fā)生，往往會造成重大的經(jīng)濟損失，并嚴(yán)重威脅設(shè)備及施工人員的安全[2-3]。爆破震動作用下土質(zhì)邊坡動力穩(wěn)定性及評價的問題一直備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，目前對這方面的研究雖然取得了一些成就，但很不完善。由于爆破震動的大小、震動偏角、頻率、振幅以及持時等對邊坡穩(wěn)定性的影響非常復(fù)雜，本文對爆破震動荷載做了適當(dāng)?shù)暮喕?，以極限平衡理論理論為基礎(chǔ)，用積分法對土質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

1.爆破震動慣性力的計算

本文中爆破震動慣性力采用等效加速度的方法來確定。用擬靜力法分析邊坡爆破動力穩(wěn)定性時，通常用折減系數(shù)法來確定爆破震動荷載，即將爆破震動慣性力等效為一個靜力荷載，轉(zhuǎn)化公式如下所示。

在計算t時刻爆心距為L的爆破震動慣性力時取等效加速度αeq（L，t），計算公式如下：

（1）

式中：αeq（L，t）為等效加速度；ω為爆破振動波主頻；α（L，t）為爆破震動加速度；θ為等效加速度的頻率影響系數(shù)，一般取1.05。于是，可以得到時刻滑動坡體在某一方向上的慣性力為

（2）

式中：Q（L，t）為t時刻爆心距為L的滑動坡體的慣性力；β0為爆破動力折減系數(shù)；αeq（L，t）為滑動土體的等效加速度。

2.土質(zhì)在爆破震動作用下安全系數(shù)的計算公式

力學(xué)分析模型如圖1所示，給出了相應(yīng)的計算公式，并編制了相應(yīng)的計算軟件。根據(jù)工程的實際需求，通過適當(dāng)?shù)暮喕梢詫⒈疚牡乃悸吠茝V到一、二階平臺型的土質(zhì)高邊坡計。

圖 1 邊坡受力示意圖

如圖1所示，由一組待定參數(shù)u、v及α可確定圓弧滑動面的圓心坐標(biāo)（ζ，η）及半徑R。設(shè)線性邊坡為均勻土質(zhì)，力學(xué)參數(shù)及幾何參數(shù)如圖1所示。

設(shè)邊坡失穩(wěn)時對圓心O的滑動力矩為Ms，抗滑力矩為Mr。其中，Ms及Mr分別為待定參數(shù)u、v 、α及β的函數(shù)。于是，邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)可定義為：

（3）

對式（5），只要推導(dǎo)出滑動力矩Ms（u、v、v、β）及抗滑力矩Mr（u、v、α、β）的計算公式，則可通過在計算機上迭代試算求出最小的安全系數(shù)Kmin。

3.結(jié)語

本文在確定震動慣性力時采用等效加速度法。因此，可以有效避免常規(guī)折減系數(shù)對邊坡穩(wěn)定性評價的放大作用。通過對土質(zhì)邊坡在爆破震動作用下破壞的調(diào)查研究分析，其典型的破壞模式為坡頂有裂隙，中間呈直線段，下部為圓弧型，慣性力采用最不利入射角度下的最大合力，利用積分法導(dǎo)出土質(zhì)邊坡在爆破震動作用下安全系數(shù)的理論計算公式。這種方法可以推廣到滑動面已經(jīng)確定的巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析中，具有普遍實用性。

參考文獻(xiàn)：

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