上覆土層節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析

張 建，趙建平

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，長沙 410083)

上覆土層節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析

張 建，趙建平

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，長沙 410083)

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本構(gòu)模型，運(yùn)用強(qiáng)度折減法，研究節(jié)理面傾向與傾角、土層與巖層的厚度比例對上覆土層節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明： 節(jié)理面順傾角度大小與巖體中巖石的內(nèi)摩擦角接近時(shí)，坡體穩(wěn)定性較差，破壞區(qū)域較大；節(jié)理面反傾角度與坡體潛在破壞裂隙近似正交時(shí)，坡體穩(wěn)定性較好； 隨著坡角的增大，節(jié)理面傾角變化對坡體穩(wěn)定性的影響逐漸減弱；當(dāng)節(jié)理面傾角大于坡角時(shí)，邊坡角度是影響坡體穩(wěn)定性的主要因素； 上覆土層厚度小于4m時(shí)，安全系數(shù)隨土層厚度的增加而增大，土層厚度大于4m時(shí)，安全系數(shù)隨土層厚度的增加而減??；上層土體的厚度較小時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對坡腳處進(jìn)行支護(hù)；上層土體厚度接近或超過坡高一半時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對上層土體臨空側(cè)進(jìn)行支護(hù)。

節(jié)理巖質(zhì)邊坡；上覆土層；Ubiquitous-Joint模型；強(qiáng)度折減法；穩(wěn)定性；破壞形式；數(shù)值分析

1 研究背景

節(jié)理巖質(zhì)邊坡分布廣泛，構(gòu)造復(fù)雜，穩(wěn)定性分析難度較大，對節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的研究仍然是邊坡穩(wěn)定性分析的重要內(nèi)容[1-2]。白云峰等[3]、陳從新等[4]、龔文惠等[5]、蔡躍等[6]基于不同方法和視角對節(jié)理巖質(zhì)邊坡巖層傾向與坡體破壞形式的關(guān)系等問題進(jìn)行了相關(guān)研究。魯光銀等[7]通過數(shù)值模擬的方式，對層狀巖體的破壞模式和各向異性特征進(jìn)行了分析。林杭等[8]采用實(shí)體單元模擬結(jié)構(gòu)面，將巖體中的結(jié)構(gòu)面作為連續(xù)介質(zhì)處理，分析了優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面不同傾角時(shí)坡體的破壞形式。柳群義[9]、盧敦華等[10]采用遍布節(jié)理模型，分別研究了結(jié)構(gòu)面傾角對坡體破壞形式的影響和結(jié)構(gòu)面參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性及破壞模式的影響。黃書嶺等[11]針對已有本構(gòu)模型的局限性，開發(fā)了層狀巖體復(fù)合材料硬化-軟化模型，實(shí)現(xiàn)了非線性數(shù)值計(jì)算功能。趙煉恒[12]等還研究了動態(tài)條件下節(jié)理巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性問題。

以往對節(jié)理巖質(zhì)邊坡的研究，多數(shù)研究者將其模型簡化為含一組平行貫通結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)坡體。然而在現(xiàn)實(shí)中，即使對于包含了優(yōu)勢節(jié)理面的巖質(zhì)邊坡而言，巖體中節(jié)理的分布也是不規(guī)律的，通常是貫通性參差不齊，走向各異，巖體表現(xiàn)出明顯的各向異性特征，而對結(jié)構(gòu)面的簡化處理弱化了巖體的各向異性特征，與實(shí)際情況有較大偏差。此外，不論是自然邊坡還是人工開挖邊坡，由于自然風(fēng)化作用和地質(zhì)構(gòu)造作用等原因，巖質(zhì)邊坡在近地表層常常覆蓋了一層土體或近似土體的軟巖體，土層與巖層的厚度比例不同時(shí)，坡體潛在破壞位置也會有差別，以往的研究鮮有涉及類似問題?；谝陨戏治?，本文在已有的研究成果之上，采用數(shù)值分析方法，分析散碎非連續(xù)節(jié)理分布特征對坡體穩(wěn)定性的影響，以及土層與巖層的厚度比例不同時(shí)坡體潛在破壞位置的分布規(guī)律，為類似地質(zhì)狀況的邊坡治理提供參考。

2 本構(gòu)模型原理

數(shù)值分析采用有限差分軟件FLAC3D，上覆土層的計(jì)算本構(gòu)模型選用Mohr-Coulomb模型，節(jié)理巖體的本構(gòu)模型選用Ubiquitous-Joint模型(遍布節(jié)理模型)[13]。Ubiquitous-Joint模型是包含了Mohr-Coulomb體內(nèi)特殊方向上結(jié)構(gòu)面各向異性特征的彈塑性本構(gòu)模型，它的特點(diǎn)是在數(shù)值計(jì)算過程中，先計(jì)算每個(gè)計(jì)算時(shí)步更新的應(yīng)力，再應(yīng)用相應(yīng)的塑性修正法則判別巖體單元的總體破壞情況，在數(shù)值分析過程中同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)面的剪切與拉伸破壞。

圖1 Ubiquitous-Joint模型中結(jié)構(gòu)面破壞準(zhǔn)則Fig.1 Failure criterion of structural plane in Ubiquitous-Joint model

在圖1中，AB段的破壞包絡(luò)線表征剪切破壞，BC段表征拉伸破壞，對應(yīng)的方程分別為：

fs=τ+σ3′3′tanφj-cj=0 ;

(1)

(2)

(3)

在計(jì)算過程中，程序會根據(jù)巖體的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行塑性修正，當(dāng)巖體處于彈性狀態(tài)時(shí)，不需要對其進(jìn)行塑性修正，當(dāng)巖體處于塑性狀態(tài)時(shí)，會根據(jù)相關(guān)流動法則對其進(jìn)行塑性修正。

Ubiquitous-Joint模型對節(jié)理面的處理與以往研究中將節(jié)理面簡化為連續(xù)介質(zhì)的平行貫通結(jié)構(gòu)面的處理方式不同，節(jié)理面呈現(xiàn)出散碎非連續(xù)特征，均勻分散在巖體內(nèi)部，與實(shí)際情況更接近。

3 數(shù)值模型與計(jì)算參數(shù)

圖2 數(shù)值分析模型Fig.2 The slope model of numerical analysis

通過試算方法確定分析模型的最佳邊界尺寸：邊坡高度10m，左邊界、右邊界、下邊界范圍均取值15m，模型總高度為25m，坡角α取值[30°, 90°]，土層厚度h的取值范圍為[0, 10]。取模型厚度為2m。模型的平面形狀及尺寸見圖2。

分析中模型下邊界采用全約束，左右邊界法向約束，上部為自由邊界，以解算平衡狀態(tài)的安全系數(shù)和坡體的塑性區(qū)分布及剪應(yīng)變增量云圖作為主要分析對象。上層土體的計(jì)算本構(gòu)模型選用Mohr-Coulomb模型，節(jié)理巖體的計(jì)算本構(gòu)模型采用Ubiquitous-Joint模型。節(jié)理巖體中包含了巖石與結(jié)構(gòu)面，賦值參數(shù)各不相同，為使分析結(jié)論具有普適性，綜合文獻(xiàn)[9-11]中選用的一般邊坡巖土質(zhì)參數(shù)，確定本文分析的巖、土、節(jié)理面參數(shù)，具體計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 計(jì)算參數(shù)Table 1 Calculation parameters

4 分析與討論

4.1 節(jié)理面傾向與傾角對坡體穩(wěn)定性的影響

按照圖2的模型，節(jié)理面的走向與模型厚度方向平行，順傾情況下，節(jié)理面的傾倒方向向右，反傾情況下，節(jié)理面的傾倒方向向左，順傾節(jié)理面傾角定義為β，反傾節(jié)理面傾角定義為λ。

為探究坡角與土層厚度一定的情況下節(jié)理面傾角變化時(shí)坡體的穩(wěn)定性變化規(guī)律及破壞特征，取上覆土層厚度h=5 m，坡角取值α?xí)r，順傾節(jié)理面傾角β與反傾節(jié)理面傾角λ分別由0°遞增至90°，遞增幅度為10°，記錄各情形下的邊坡安全系數(shù)取值及臨界狀態(tài)下坡體的剪應(yīng)變增量云圖。其中坡角α有8組取值，分別為30°,40°,45°,50°,60°,70°,80°,90°。

4.1.1 節(jié)理面順傾情形

隨著節(jié)理面傾角的逐漸增大，計(jì)算所得安全系數(shù)有如下分布特征： 不同坡角取值時(shí)，隨著節(jié)理傾角的增大，安全系數(shù)均呈現(xiàn)減小-增大-減小的變化趨勢，所有的節(jié)理面傾角與安全系數(shù)的函數(shù)曲線均存在一個(gè)最小值和一個(gè)最大值。最小值隨著邊坡角度的增大逐漸向右偏移。 隨著坡角取值的增大，節(jié)理面傾角與安全系數(shù)的函數(shù)曲線越來越平緩。

探討坡角α一定時(shí)節(jié)理面與坡面夾角大小對坡體安全系數(shù)的影響。由于坡角α一定時(shí)，節(jié)理面傾角可能大于α，也可能小于α，而且2種情況下夾角大小對坡體穩(wěn)定性的影響不相同，故作以下定義：將節(jié)理面傾角大于坡角時(shí)，兩者的夾角稱之為陡傾夾角；而節(jié)理面傾角小于坡角時(shí)，兩者的夾角稱之為緩傾夾角。由于坡角與節(jié)理面傾角均在[0°,90°]取值，故不同坡角對應(yīng)的陡傾夾角個(gè)數(shù)與緩傾夾角個(gè)數(shù)不相同。本次分析中，討論坡角在[30°,70°]之間取值的情況，陡傾夾角與緩傾夾角對邊坡穩(wěn)定性的影響分別見圖3(α為坡角，β為順傾節(jié)理面傾角)。

分析圖3(a)可知，坡角較小時(shí)，安全系數(shù)隨陡傾夾角的增大呈先增大后減小的變化趨勢;坡角取較大值時(shí)，安全系數(shù)呈遞減變化。這是由于坡角較小且節(jié)理面陡傾夾角取值較小時(shí)，節(jié)理面傾角大小與巖體中巖石的內(nèi)摩擦角取值相近，此時(shí)坡體的安全系數(shù)最小。當(dāng)坡角取值較大時(shí)，坡體自重作用對下滑力的作用增強(qiáng)，因自重方向豎直向下，陡傾夾角越大，節(jié)理面傾角越與重力方向一致，越容易沿節(jié)理面產(chǎn)生滑移破壞，安全系數(shù)越小。分析圖3(b)可得，隨著緩傾夾角的增大，安全系數(shù)呈先減小后增大的變化趨勢，函數(shù)曲線存在一個(gè)最小值，這是由于當(dāng)順傾節(jié)理面傾角與巖石內(nèi)摩擦角接近時(shí)，坡體最容易產(chǎn)生沿節(jié)理面的滑移破壞，表現(xiàn)為安全系數(shù)取最小值，之后隨緩傾夾角的增大(即節(jié)理面傾角的減小)，坡體越來越穩(wěn)定，表現(xiàn)為安全系數(shù)逐步遞增。

(a) β>α

(b) β<α

圖4 反傾情形下節(jié)理面與坡面夾角對坡體穩(wěn)定性的影響Fig.4 Influence of the intersection angle between anti-dip joint and slope surface on the slope stability

4.1.2 節(jié)理面反傾情形

分析節(jié)理面反傾情形下節(jié)理面與坡面夾角對坡體穩(wěn)定性的影響。討論坡角在[30°,70°]之間取值的情況，節(jié)理面傾角λ的取值范圍為[0°,90°]，定義節(jié)理面反傾情形下節(jié)理面與坡面夾角為γ。計(jì)算結(jié)果如圖4。分析圖4可知：坡角α取值一定時(shí)，隨著節(jié)理面與坡面的夾角γ逐漸增大，安全系數(shù)均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，節(jié)理面與坡面夾角取值[80°,120°]時(shí)，安全系數(shù)相對取值較大，根據(jù)莫爾-庫倫破壞理論[14]，假定坡體內(nèi)潛在破壞面優(yōu)先沿著順坡向以巖石內(nèi)摩擦角大小的一半+45°的角度(60°)產(chǎn)生，而此時(shí)的節(jié)理面與該破壞面的夾角在90°左右，節(jié)理面與潛在破壞面近似正交，坡體相對較安全。

4.1.3 節(jié)理面分布形式對坡體破壞特征的影響

對坡角α取值為30°,40°,45°,50°,60°,70°,80°,90°，節(jié)理面分別順傾[0°,90°]與反傾[0°,90°]的情況進(jìn)行分析，以計(jì)算平衡狀態(tài)下坡體的塑性區(qū)分布和剪應(yīng)變增量云圖作為主要分析對象。將坡體中存在剪應(yīng)變增量的區(qū)域定義為坡體的潛在破壞區(qū)，以計(jì)算平衡狀態(tài)下坡體的剪應(yīng)變增量云圖作為分析對象，分析發(fā)現(xiàn)：坡角一定時(shí)，節(jié)理面順傾角度在[10°,30°]范圍內(nèi)時(shí)，坡體的破壞范圍較大，上層土體與下層巖體均存在大面積剪應(yīng)變增量區(qū)域；節(jié)理面反傾角度在[60°,80°]時(shí)，與順傾時(shí)類似，上層土體與下層巖體均存在大面積剪應(yīng)變增量區(qū)域。在分析過程中發(fā)現(xiàn)坡腳(圖5中的a(4)，a(5)，b(7)，b(8))和坡面與巖土接觸界面的交點(diǎn)(圖5中a(2)，a(10)，b(9)，b(10))是下層巖體中較容易被破壞的區(qū)域，因?yàn)槠履_與基巖存在交角，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而坡面與巖土接觸界面的交點(diǎn)直接承載上覆土層的作用力，故2處易產(chǎn)生破壞。

注：該圖為剪應(yīng)變增量云圖，僅用來表征坡體潛在破壞區(qū)域的位置，不表示具體數(shù)值大小，故省略圖例。

4.2 上覆土層厚度對坡體穩(wěn)定性的影響

以坡角50°的情形為例，研究上覆土層厚度變化時(shí)，坡體的穩(wěn)定性特征及破壞形式。相同土層厚度情形下，分別分析節(jié)理面順傾和反傾2種情況，順傾與反傾角度均取45°。隨土層厚度增加，計(jì)算所得安全系數(shù)分布規(guī)律如圖6示，節(jié)理面順傾與反傾情況下，隨著土層厚度的增大，安全系數(shù)均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。土層厚度<6 m時(shí)，節(jié)理面反傾情況下的安全系數(shù)均大于節(jié)理面順傾情況下的安全系數(shù);土層厚度>6 m時(shí)，順傾與反傾情況的安全系數(shù)取值相同。 節(jié)理面反傾時(shí)，安全系數(shù)在土層厚度為4 m時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折，節(jié)理面順傾時(shí)，安全系數(shù)在土層厚度為5 m時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折，說明上覆土層達(dá)到一定高度后，坡體的穩(wěn)定性急劇下降。

注：該圖為剪應(yīng)變增量云圖，僅用來示意潛在破壞區(qū)域的位置，不表示具體數(shù)值大小，故省略圖例。

再對土層厚度發(fā)生變化時(shí)坡體的破壞形式進(jìn)行分析(如圖7)，發(fā)現(xiàn)上覆土層厚度<4 m時(shí)，坡體的破壞部位主要分布在下層節(jié)理巖體中;土層厚度>4 m后，坡體的破壞部位主要分布在上層土體中。結(jié)合對圖6的分析，上覆土層厚度<4 m時(shí)，坡體破壞主要集中在下層節(jié)理巖體中，節(jié)理面順傾時(shí)，坡體易于破壞，坡體的安全系數(shù)較反傾時(shí)小。當(dāng)上覆土層厚度>4 m時(shí)，坡體破壞集中在上層土體中，下層巖體較上層土體的破壞難度大，此時(shí)的坡體相當(dāng)于一個(gè)勻質(zhì)土坡，坡體的穩(wěn)定性取決于上層土體的穩(wěn)定性，因此節(jié)理面的順傾與反傾狀況對坡體的穩(wěn)定性沒有影響，表現(xiàn)為2種情形下的土層厚度與安全系數(shù)函數(shù)曲線重合在一起。

在圖7中，無論節(jié)理面順傾或是反傾，上覆土層厚度<4 m時(shí)，坡體的破壞均主要發(fā)生在坡腳處，此時(shí)坡體的破壞形式主要為剪切破壞。當(dāng)上覆土層厚度>4 m時(shí)，土層成為了坡體的重要組成部分，而其“跟隨”巖體破壞而破壞的“依附”特性也隨之不存在，此時(shí)的土體較下層巖體更容易破壞，在下層巖體發(fā)生破壞之前，上層土體已發(fā)生顯著破壞。經(jīng)分析此時(shí)坡體的破壞形式為拉伸-剪切復(fù)合破壞。

通過以上分析，提出以下邊坡治理方案：對于覆土節(jié)理巖質(zhì)坡體而言，當(dāng)土層厚度較小時(shí)，邊坡重點(diǎn)支護(hù)位置為坡腳處;當(dāng)土層厚度較大(超過邊坡高度的一半)時(shí)，土層較巖層更容易發(fā)生滑坡破壞，應(yīng)同時(shí)對上層土體臨空側(cè)和坡腳處進(jìn)行支護(hù)，但重點(diǎn)為上層土體臨空側(cè)位置。

5 結(jié) 語

(1) 對于上半部分為土質(zhì)、下半部分為節(jié)理巖質(zhì)的坡體而言，在坡角取值一定、節(jié)理面順傾角度大小與巖體中巖石的內(nèi)摩擦角接近時(shí)，坡體的安全系數(shù)最??；反傾節(jié)理面傾角變化對坡體穩(wěn)定性的影響較節(jié)理面順傾時(shí)要小。節(jié)理面傾向與坡體潛在破壞裂隙近似正交時(shí)，坡體穩(wěn)定性較好。

(2) 節(jié)理面在順傾和反傾情況下，均有坡角越小，坡體穩(wěn)定性對節(jié)理面傾角的變化越敏感;坡角越大，節(jié)理面傾角的變化對坡體穩(wěn)定性的影響越不明顯。坡體穩(wěn)定性受到坡角、節(jié)理面、坡體自重等因素的綜合作用。當(dāng)坡角較小時(shí)，節(jié)理面對坡體穩(wěn)定性的影響較明顯；當(dāng)坡角較大時(shí)，因坡體自重在下滑力中分配比例的增加，節(jié)理面對坡體穩(wěn)定性的影響相對被弱化。

(3) 坡角一定、節(jié)理面傾角一定時(shí)，無論節(jié)理面順傾還是反傾，上覆土層厚度<4 m時(shí)，隨土層厚度增加，安全系數(shù)越來越大，此時(shí)坡體破壞區(qū)域主要發(fā)生在下層巖體中，坡腳處剪切破壞最嚴(yán)重，應(yīng)重點(diǎn)支護(hù)。土層厚度>4 m時(shí)，隨土層厚度增加，安全系數(shù)越來越小，坡體破壞主要集中在上層土體中，此時(shí)坡體的破壞形式為拉伸-剪切復(fù)合破壞，需重點(diǎn)對土層臨空側(cè)進(jìn)行加固。

在分析過程中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部破壞對安全系數(shù)的影響較大，僅通過安全系數(shù)大小分析邊坡穩(wěn)定性并不十分可靠，尤其對于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、各向異性明顯的邊坡結(jié)構(gòu)體而言，更應(yīng)該結(jié)合安全系數(shù)及其它指標(biāo)(如關(guān)鍵點(diǎn)的位移量變化特征和剪應(yīng)變增量云圖等)對坡體的穩(wěn)定性作綜合分析。

[1] 趙尚毅, 鄭穎人, 鄧衛(wèi)東. 用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(2)：254-260. (ZHAO Shang-yi, ZHENG Ying-ren, DENG Wei-dong. Stability Analysis of Jointed Rock Slope by Strength Reduction FEM[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003, 22(2):254-260.(in Chinese))

[2] 鄭穎人, 陳祖煜, 王恭先, 等. 邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2010:146-193. (ZHENG Ying-ren, CHEN Zu-yu, WANG Gong-xian,etal. Engineering Treatment of Slope & Landslide[M]. Beijing: China Communication Press, 2010:146-193. (in Chinese))

[3] 白云峰, 周德培, 馮 君. 順向坡巖層走向與邊坡走向夾角的上限值[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,40(3):326-329. (BAI Yun-feng, ZHOU De-pei, FENG Jun. Upper Limit of Angle between Strikes of Slope and Strata for Dip Slope[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2005, 40(3): 326-329. (in Chinese))

[4] 陳從新, 黃平路, 盧增木. 巖層傾角影響順層巖石邊坡穩(wěn)定性的模型試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué), 2007, 28(3):476-481. (CHEN Cong-xin, HUANG Ping-lu, LU Zeng-mu. Study on Correlation between Stability of Consequent Rock Slope and Obliquity of Rock Layer by Simulation Experiment[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(3): 476-481. (in Chinese))

[5] 龔文惠, 王 平, 陳 峰. 順層巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性的敏感性因素分析[J]. 巖土力學(xué),2007,28(4):812-816.(GONG Wen-hui, WANG Ping, CHEN Feng. Analysis of Sensitivity Factors to Stability of Bedding Rock Cutting Slope[J]. Rock and Soil Mechanics,2007,28(4):812-816.(in Chinese))

[6] 蔡 躍, 三谷泰浩, 江琦哲郎. 反傾層狀巖體邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2008,27(12):2517-2522. (CAI Yue, MITANI Y, ESAKI T. Numerical Analysis of Stability for an Antidip Stratified Rock Slope[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(12): 2517-2522.(in Chinese))

[7] LU G Y, ZHU Z Q, LIU Q Y,etal. Failure Mode and Strength Anisotropic Characteristic of Stratified Rock Mass under Uniaxial Compressive Situation[J]. Journal of Central South University, 2009, 16(4): 663-668.

[8] 林 杭, 曹 平, 李江騰, 等.層狀巖質(zhì)邊坡破壞模式及穩(wěn)定性的數(shù)值分析[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(10): 3300-3304. (LIN Hang, CAO Ping, LI Jiang-teng,etal. Numerical Analysis of Failure Modes and Stability of Stratified Rock Slopes[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(10): 3300-3304.(in Chinese))

[9] 柳群義.紅層路塹邊坡穩(wěn)定性與防治研究[D].長沙: 中南大學(xué), 2010: 54-65.(LIU Qun-yi. Study on the Stability of Road Slope with Red Bedded Rock Mass and Its Reinforcement Technique[D]. Changsha: Central South University, 2010: 54-65.(in Chinese))

[10]盧敦華, 曲艷偉, 何忠明, 等. 結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)對層狀邊坡穩(wěn)定性影響的三維分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 42(1)：147-151. (LU Dun-hua, QU Yan-wei, HE Zhong-ming,etal. Three-dimensional Analysis for Effect of Structural Plane Strength Parameters on Stratified Slope Stability[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2011, 42(1): 147-151. (in Chinese))

[11]黃書嶺, 徐勁松, 丁秀麗, 等.考慮結(jié)構(gòu)面特性的層狀巖體復(fù)合材料模型與應(yīng)用研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(4):743-756. (HUANG Shu-ling, XU Jin-song, DING Xiu-li,etal. Study of Layered Rock Mass Composite Model Based on Characteristics of Structural Plane and Its Application[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2010,29(4):743-756.(in Chinese))

[12]趙煉恒, 羅 強(qiáng), 李 亮, 等. 層狀巖體邊坡動態(tài)穩(wěn)定性擬靜力上限分析[J]. 巖土力學(xué),2010,31(11):3627-3634.(ZHAO Lian-heng, LUO Qiang, LI Liang,etal. Upper Bound Quasi-static Analysis of Dynamic Stability of Layered Rock Slopes[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(11): 3627-3634.(in Chinese))

[13]Itasca Consulting Group, Inc. Fast Language Analysis of Continua in 3 Dimensions, Version 3.0, User’s Manual[K]. Minneapolis, MN USA: Itasca Consulting Group, Inc, 2005.

[14]陳仲頤, 周景星, 王洪瑾. 土力學(xué)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2011: 160-168. (CHEN Zhong-yi, ZHOU Jing-xing, WANG Hong-jin. Soil Mechanics[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2011:160-168. (in Chinese))

(編輯：趙衛(wèi)兵)

Numerical Analysis of the Stability of JointedRock Slope with Overlying Soil

ZHANG Jian, ZHAO Jian-ping

(School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The influence of the dip and inclination of joint and the ratio of soil thickness to rock thickness on the stability of jointed rock slope with overlying soil is researched in the present paper. The Mohr-Coulomb and Ubiquitous-Joint constitutive models and strength reduction method are used. Results of numerical simulation reveal that: for consequent-joint slope, when the consequent angle of joint is approximately equal to the internal friction angle of the rock, the safety factor is small and the damage area is large; while for anti-dip rock slope, the safety factor is large when the joint intersects vertically with the potential damage fracture of the slope. The effect of the dip of joint on slope stability reduces with the slope angle increasing. When the dip of joint is larger than the slope angle, slope angle is the main factor affecting the slope stability. When the thickness of soil layer is less than 4 meters, the slope safety factor increases with the thickness of soil layer increasing, and vise versa. When the thickness of the overlying soil is small, the slope toe should be the focus of support work, while the air side of the overlying soil should be supported as the key position when the thickness of the overlying soil is close to or larger than half of the slope height.

jointed rock slope; overlying soil; Ubiquitous-Joint mode; strength reduction method; stability; failure mode; numerical analysis

2014-05-12;

2014-06-17

中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(2014zzts261)

張 建(1988-),男,河南信陽人, 碩士研究生，從事巖土工程理論與數(shù)值分析研究,(電話)15200803993 (電子信箱)zjian29@yeah.net。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.02.022

TU457

A

1001-5485(2015)02-0108-06

2015,32(02):108-113