有關(guān)軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

施戈亮++劉靜

[摘 要]巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析是工程界的重點(diǎn)問題。軟弱結(jié)構(gòu)面巖體的復(fù)雜構(gòu)造，使得難以保證巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性。為此，本文針對軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題展開了研究，并選擇有限元強(qiáng)度折減法作為計(jì)算方法，探討了軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定性影響和發(fā)展規(guī)律，旨在提高軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性。

[關(guān)鍵詞]軟弱結(jié)構(gòu)面；巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性分析

文章編號：2095-4085（2015）03-0058-02

極限平衡法等計(jì)算方法是邊坡穩(wěn)定分析的傳統(tǒng)方法，這種分析方法所得結(jié)果偏差和誤差較大，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較低，因而這些方法逐漸被新的方法所代替。巖土工程的多年發(fā)展中，創(chuàng)造了有限元強(qiáng)度折減法，其可提升巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的評估準(zhǔn)確性，而較為準(zhǔn)確的結(jié)果將為工程設(shè)計(jì)、施工及后續(xù)管理提供有效的數(shù)據(jù)支持，對于整個(gè)工程項(xiàng)目具有重要意義。

1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法

由于極限平衡法難以準(zhǔn)確評估邊坡體內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)也不能分析出應(yīng)變效果，因而本文選擇有限元強(qiáng)度折減法作為計(jì)算方法，以保證內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變效果。

有限元強(qiáng)度折減法是基于彈塑性有限元計(jì)算的一種方法，以C、φ作為巖土體強(qiáng)度指標(biāo)，F(xiàn)為折減系數(shù)，C、φ除以值相應(yīng)的F，得到一組C、φ，作為新材料參數(shù)；C、φ會(huì)重新代入到有限元計(jì)算程序中，如此循環(huán)，直到臨界破壞狀態(tài)判定條件（給定）與當(dāng)邊坡巖土體相符時(shí)，停止運(yùn)算，此時(shí)對應(yīng)的F值就是最小安全系數(shù)，將最小安全系數(shù)代入圖1中（1）式，得到參數(shù)C；將最小安全系數(shù)代入圖1中（2）式，得到參數(shù)φ。此外，參數(shù)

E和v分別是彈性模量和泊松比，兩者數(shù)值為定值，C、φ值變化對其無影響。作者簡介：施戈亮，女，（1983. 11-）專業(yè)技術(shù)初級職稱。湖北武漢。研究方向：巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析；玻璃幕墻建筑防火性能分析。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

本文選擇我國東南沿海地區(qū)某工程作為研究案例。該工程為建筑工程，工程實(shí)地存在軟弱巖脈風(fēng)化成的軟弱夾層。工程邊坡屬于殘丘坡地，自然坡度約為35，呈現(xiàn)中間高兩側(cè)低的地貌，現(xiàn)場開挖成階梯狀斜坡，高25 m，寬150 m。為保證建筑物安全性，要進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并據(jù)此作加固處理。揭露場地地層后發(fā)現(xiàn)，具體分為四個(gè)巖層分別為雜填土層、殘積粉質(zhì)黏性土層、風(fēng)化夾層、全風(fēng)化花崗巖，厚度分別為1. 1～1.6 m，1.5～6.7 m，1.1-2.3 m，3.4-6.7 m。

2.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

采用軟土蠕變單元模型進(jìn)行數(shù)值模擬，并運(yùn)用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行計(jì)算。邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度是邊坡失穩(wěn)主要影響因素，若邊坡巖土體破壞極限小于最大剪應(yīng)力，邊坡就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，進(jìn)而被破壞，本案例研究結(jié)果顯示：沿軟弱階層處巖土體已經(jīng)發(fā)生了滑動(dòng)，滑動(dòng)相對位移較大，需要進(jìn)一步探明邊坡的穩(wěn)定性（變形）受弱夾層巖土體力學(xué)參數(shù)的影響，從而確定軟弱夾層與邊坡整體穩(wěn)定性間的關(guān)系。

本案例的不同抗剪強(qiáng)度指標(biāo)下軟弱夾層邊坡穩(wěn)定系數(shù)如圖2所示，根據(jù)此穩(wěn)定性參數(shù)數(shù)值，C和φ（黏聚力和內(nèi)摩擦角）隨著軟弱夾層數(shù)值逐漸增加，而相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)也呈現(xiàn)上升趨勢；當(dāng)C>21 kPa，且內(nèi)摩擦角>25。時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)逼近1. 30，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性較好，屬于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

通過以上分析可知，邊坡的穩(wěn)定性主要受軟弱夾層處巖土體力學(xué)參數(shù)的影響，其力學(xué)參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性具有決定性作用。事實(shí)上，軟弱結(jié)構(gòu)面本身的特殊結(jié)構(gòu)，使其呈現(xiàn)出不同的物理力學(xué)特性，但是軟弱基層會(huì)受到環(huán)境條件的影響。若空氣較為干燥，且邊坡密封較好，那么深入內(nèi)部的雨（水）量就會(huì)相應(yīng)較少，同時(shí)若地下水位浮動(dòng)不大，對巖土體影響不大，那么其軟化作用也較小，該條件下軟弱夾層的C和φ等抗剪強(qiáng)度指標(biāo)上升，會(huì)處于較好的水平，邊坡穩(wěn)定性相對較高，邊坡變形概率較小。反之，若上述條件都處于不利狀態(tài)，如密封不好、空氣潮濕、地下水位突然上升等，任意一種因素都會(huì)影響到軟弱夾層，進(jìn)而促使抗剪強(qiáng)度指標(biāo)從較優(yōu)秀水平開始下降，這樣無法有效保證邊坡的穩(wěn)定性，甚至?xí)l(fā)生邊坡破壞的問題。

3 結(jié)論

通過對上述案例分析，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了以下結(jié)論：

（一）若邊坡巖土體存在一些軟弱夾層，且伴有原生及次生裂隙，那么結(jié)構(gòu)面本身的穩(wěn)定性會(huì)較低，若充填物結(jié)構(gòu)疏松，挖鑿邊坡時(shí)極容易發(fā)生崩塌，導(dǎo)致邊坡破壞。

（二）軟弱夾層的剪應(yīng)力是從上部土層開始向向下土層逐漸傳遞至深部，當(dāng)軟弱夾層處有突變達(dá)到最大值，那么軟弱夾層處會(huì)減弱變形傳遞效應(yīng)，此時(shí)位移呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。

（三）雨水和地下水都會(huì)影響軟弱夾層處抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，一旦軟弱夾層處滲入一定量的水，就會(huì)使其填充物發(fā)生泥化和膨脹作用，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，從而導(dǎo)致邊坡沿軟弱夾層穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)變形和滑動(dòng)。

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