地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討

曾憲靜

摘要：對(duì)于陡傾層狀巖體邊坡，其經(jīng)常發(fā)生傾倒破壞，根本原因都是地震導(dǎo)致的。為了保證工程的施工質(zhì)量，結(jié)合相關(guān)的塊體極限平衡理論，針對(duì)巖塊長細(xì)比較大的情況，對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒破壞情況進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)于一些簡單的反傾邊坡，分析其在地震作用下發(fā)生傾倒破壞的情況，詳細(xì)闡述問題發(fā)生的環(huán)節(jié)和解決措施，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出了處理這類問題的巖塊間法向力、破壞模式轉(zhuǎn)變點(diǎn)，坡腳剩余下滑力計(jì)算公式等，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：地震作用；巖質(zhì)邊坡；傾倒破壞

在進(jìn)行一些工程施工中，會(huì)遇到傾倒破壞是陡傾層狀巖體，在實(shí)踐中容易發(fā)生變形破壞，在地表臨空附近的坡體淺位置發(fā)生的概率較大。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)無論是在人工邊坡中，還是自然邊坡都容易發(fā)生傾倒破壞問題。例如在山區(qū)的高速公路工程中，在水利水電工程中，在露天礦開采中，都有可能發(fā)生。下面就結(jié)合工程實(shí)例，分析其發(fā)生的原因，總結(jié)處理措施。

1地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討

1.1對(duì)連續(xù)分析法的分析

在研究中發(fā)現(xiàn)，如果節(jié)理的間距t減少到無限小，也就是說巖塊的長細(xì)比為h/t→∞，對(duì)于巖塊而言，就可以視為寬度dx微分體，為了方便理解，特附圖1所示，結(jié)合相關(guān)人員的研究分析，提出了極限平衡的方程，這樣就能推導(dǎo)出在地震荷載作用下，巖塊極限平衡的微分方程，再結(jié)合相關(guān)的邊界條件，利用積分對(duì)其進(jìn)行合理的解釋。

上圖就是邊坡的幾何圖形，從中不難看出，邊坡被破壞掉面的基線，以及邊坡表面的形狀不是固定的，可以是任意形狀的，為了對(duì)其做進(jìn)一步分析，可以分別用y_s（x）和Y_b（x）表示。在分析的過程中，假設(shè)巖塊底面垂直于節(jié)理，而其破壞面的基線，都是由很多個(gè)小臺(tái)階構(gòu)成的。為了有效對(duì)這一問題進(jìn)行分析，建立坐標(biāo)系，要求X軸與Y軸分別和節(jié)理垂直，和節(jié)理平行。然后再根據(jù)相關(guān)的理論分析，第—理論，對(duì)于陡傾裂隙面，一定要符合極限摩擦平衡的條件。第二理論，對(duì)于巖塊之間的作用力而言，其所在的作用點(diǎn)一定要在巖塊界面的最上端，只有這樣才能保證最終的質(zhì)量要求。

1.2分析相關(guān)的力學(xué)模型

通過上述情況的假設(shè)，建立一個(gè)研究模型，在地震的作用下，實(shí)際的邊坡傾倒力學(xué)模型。

在該模型當(dāng)中，是以M點(diǎn)作為轉(zhuǎn)軸，在地震作用下，就可以得出i巖塊的力矩平衡方程為（p+dp）（h+dh）-p（h+dy_d/dX）dx+ptan θdx=（Wisina+kWicosa）b/2+

（kWisina+kWicosa）h/2+（kWisina-Wicosa）dx/2.在該公式中，P、P+dP分別是巖塊在巖塊上作用的法向力，而h作為巖塊的高度，對(duì)于k而言，其是地震的影響系數(shù)，a是陡傾裂隙法向視傾角。業(yè)內(nèi)人士都知道，巖塊重力Wi=yhdx，然后略去高階無窮小，將該函數(shù)代入到上式中，就可以得到dp/dx+l/h（dy_s/dx+tan θ₁）P=1/2 rhsina+1/2kyhcosa。以此為基礎(chǔ)，就可以得到在極限滑動(dòng)平衡條件下巖塊底部的正應(yīng)力和切應(yīng)力。

1.3分析辨別失穩(wěn)模式的方法

2分析相關(guān)的實(shí)例

上述就描述了連續(xù)性方法的基本情況，分析了在地震作用下，對(duì)開挖的邊坡進(jìn)行分析，如下圖所示，其破壞面的基線已經(jīng)穿過坡腳，之間的傾角用θ表示，有利于以后的分析工作，在此基礎(chǔ)上，建立一個(gè)坐標(biāo)系，具體情況如圖3所示，

OX軸垂直于節(jié)理傾向，也就是α=900-η。就可以得到坡面函數(shù)和破壞面基線函數(shù)，計(jì)算出巖塊的高度。

2.1對(duì)解析分析法的論述

從以上的公式中可以得出，其結(jié)合邊界的條件為x=0，p=0，就可以計(jì)算出坡頂AB段的傾倒破壞時(shí)陡傾節(jié)理法向力，在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，如果陡傾節(jié)理視傾角α和地震影響系數(shù)k不能滿足公式，那么這個(gè)平面滑動(dòng)就會(huì)被破壞掉，在這種情況下，問題就變得簡單，通過公式就可以計(jì)算BC段巖塊底部的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。而在地震荷載作用下，如果這個(gè)巖塊出現(xiàn)傾倒破壞，當(dāng)ψ<ψ_i，在坡腳位置的巖塊，其法向力如果等于0，就表示該邊坡長期都是極限平衡的狀態(tài)，如果ψ>ψ_i，在公式中指數(shù)為負(fù)值，那么在x到L的時(shí)候，這一段巖塊的法向力就會(huì)向無限大發(fā)展，但是這種情況不滿足實(shí)際情況。由此可見，這就肯定會(huì)存在一點(diǎn)x_T，x_T就是邊坡由傾倒破壞轉(zhuǎn)變成滑動(dòng)破壞的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。除此之外，還存在ψ<ψ_i，ψ>ψ_i，ψ=ψ_i，三種情況。通過以上的分析可以得知，在地震的作用下，其能夠有效改變反傾邊坡的破壞模式，在地震影響系數(shù)不斷增大的情況下，邊坡的破壞情況，開始從傾倒向滑動(dòng)破壞發(fā)展，進(jìn)而變?yōu)檎w的滑動(dòng)破壞，其造成的后果是非常嚴(yán)重的。除此之前，當(dāng)工程的邊坡出現(xiàn)傾倒一滑動(dòng)問題后，在函數(shù)公式中，如果k值開始不斷的增大，其轉(zhuǎn)變點(diǎn)就會(huì)不斷向后移動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，滑動(dòng)前面的范圍就會(huì)增大，綜上所述，由于地震的作用，在實(shí)際工程中，其對(duì)邊坡傾倒的穩(wěn)定性有非常大的影響，在k值不斷增大的前提下，坡腳剩余的下滑力也會(huì)不斷增大，如果在邊坡設(shè)計(jì)過程中，在抗震方面有要求，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要分析邊坡傾倒的穩(wěn)定性，也要同時(shí)對(duì)地震情況進(jìn)行分析。

總結(jié)：通過以上對(duì)地震作用下巖質(zhì)邊坡傾倒破壞探討，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)地震情況多加考慮，而且結(jié)合其設(shè)計(jì)要求，實(shí)際情況，以及條件的不同，要做好設(shè)計(jì)工作，使用連續(xù)分析法，建立數(shù)據(jù)模型等，如果巖塊的長細(xì)比在20以上，使用的顯式解析法精度很高，有利于對(duì)反傾邊坡的破壞模式進(jìn)行分析。