考慮節(jié)理影響的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

姜嘯 楊正玉 王威 劉順青

摘? 要：為考慮節(jié)理對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了巖質(zhì)邊坡數(shù)值模型，分析了節(jié)理長度、節(jié)理距離坡趾的水平距離以及節(jié)理傾角對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著節(jié)理長度的增加，邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸減小;隨著節(jié)理距離坡趾水平距離的增加，邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸增加;巖質(zhì)邊坡的下、上限安全系數(shù)隨著節(jié)理角度的增加先減小后增大，減小及增大的幅度與坡角大小有關(guān)。研究結(jié)果可為巖質(zhì)邊坡的設(shè)計提供一定參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)理;巖質(zhì)邊坡;穩(wěn)定性;極限分析

中圖分類號：TU441? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）26-0079-02

Abstract： In order to study the influence of joint on rock slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model. And then the influence of the length of the joint， horizontal distance of joint from toe of slope， and joint angle on the rock slope stability is analyzed. The results show that the lower and upper limit safety factors of rock slopes gradually decrease with the increase of the length of joint， and they increase gradually with the increase of the horizontal distance of joint from the toe of slope. The lower and upper limit safety factors of rock slope decrease first and then increase with the increase of joint angle， and the magnitude of decrease and increase is related to the size of rock slope angle. The research results can provide some reference for the design of rock slopes.

Keywords： joint; rock slope; stability; limit analysis

1 概述

巖體通常由巖石和節(jié)理裂隙構(gòu)成，節(jié)理裂隙的存在大大影響了巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。含有節(jié)理裂隙巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性很大程度決定于節(jié)理的特性[1-3]，而針對節(jié)理對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響的研究還不夠完善。本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了含節(jié)理的巖質(zhì)邊坡數(shù)值模型，分析了不同節(jié)理長度、節(jié)理距離坡趾水平長度及節(jié)理傾角下的影響規(guī)律。研究結(jié)果可為含節(jié)理巖質(zhì)邊坡的設(shè)計提供一定參考依據(jù)。

2 有限元極限分析計算模型的建立

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立含節(jié)理巖質(zhì)邊坡的分析模型，在模型的左右邊界設(shè)置水平約束，在模型的底部邊界設(shè)置固定約束。含節(jié)理巖質(zhì)邊坡的計算模型如圖1所示。

含節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計算時，“巖體”及“節(jié)理”的本構(gòu)模型均采用摩爾-庫倫模型，具體的計算參數(shù)如表1所示。

3 不同節(jié)理長度對邊坡穩(wěn)定性的影響

為分析節(jié)理長度對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，選取節(jié)理距離坡趾的水平長度為1.5m，節(jié)理傾角為45°，節(jié)理長度分別為2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，當(dāng)節(jié)理長度從2m增加到14m時，邊坡的下限安全系數(shù)從2.361減小到1.542，上限安全系數(shù)從2.444減小到1.646，減小幅度超過30%。

4 節(jié)理距離坡趾長度對邊坡穩(wěn)定性的影響

為分析節(jié)理距離坡趾水平長度對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，選取節(jié)理長度為10m，節(jié)理傾角為45°，節(jié)理距離坡趾長度分別為0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，當(dāng)節(jié)理距離坡趾水平長度從0.5m增加到3.0m時，邊坡的下限安全系數(shù)從1.759增加到1.926，增加幅度約為9.5%;上限安全系數(shù)從1.891減小到2.041，增加幅度約為8.0%。

5 不同節(jié)理角度對邊坡穩(wěn)定性的影響

為分析節(jié)理角度對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，選取節(jié)理長度為10m，節(jié)理距離坡趾的水平距離為1.5m，節(jié)理角度分別為10°、20°、30°、40°、50°、60°，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的計算結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出，當(dāng)節(jié)理的角度從10°增加到60°時，巖質(zhì)邊坡的下限安全系數(shù)先從2.109減小到1.759，而后增加到2.051;上限安全系數(shù)先從2.208減小到1.873，而后增加到2.207，可見節(jié)理角度對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響與其坡角有關(guān)。

6 結(jié)論

（1）距離坡趾水平長度及節(jié)理傾角相同時，隨著節(jié)理長度的增加，巖質(zhì)邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸減小。

（2）節(jié)理長度及傾角相同時，隨著節(jié)理距離坡趾水平距離的增加，邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸增加。

（3）節(jié)理長度及距離坡趾水平長度相同時，隨著節(jié)理傾角的增加，巖質(zhì)邊坡的下、上限安全系數(shù)先減小后增大，減小及增大幅度與坡角大小有關(guān)。

參考文獻：

[1]杜光勤，魯志強，湯華.兩組節(jié)理控制下的公路巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析及防控措施研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，2016，33（1）：150-156.

[2]秦溯，李云安，廖攀.非貫通節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性及破壞規(guī)律的數(shù)值分析[J].低溫建筑技術(shù)，2017，39（12）：142-145.

[3]周太全，華淵，宿樹波.基于強度折減法的節(jié)理巖質(zhì)邊坡支護穩(wěn)定性分析[J].金屬礦山，2009，39（1）：37-40.