块裂层状岩质边坡稳定性极限分析上限解_图文

1、 第 期 张子新 ， ： 等 块裂层状岩质边坡稳定性极限分析上限解 在这 复 杂 的破 坏路 线 结 构 图 中 ， 何 确 定最 危 如 险的 块 体 组 合 ， 即确 定 失 稳 破 坏 岩 体 极 限 范 围 首 先 ， 据 块 体 受 力 分 析 ， 定 每 层 岩 层 中 的极 限 长 根 确 度 ， 顺序 组合 各岩层 极 限长 度 ， 找 出最 危 险 的破 再 寻 坏路 线 ， 算 出相应 的稳定 系数 计 如图 所 示 ， 定 边 坡 最 上 部 岩 层 的 极 限 长 假 度为 块 体 ， ， 的总 长 ， 其 有 滑 动 趋 势 下 ， 在 第 二层 中块体 可 能具 有

2、 一 起 滑 动 的趋 势 块 体 设 的受 力 状 态如 图 所 示 ， 其 建立 局 部 坐 标 ， 轴 对 设 平行 于 层 理 面 中 ： 和 ， 图 厂 为 块 体 间 所 承 受 的 最大 拉 力 ；和 为拉 力 的方 向角 ； 和 厂 为上 图 反 倾 斜 边 坡 极 限 分 析 上 限 法 计 算 模 型 · 下滑 面 的 法 向 力 ， 和 为 摩 擦 力 ； 由于 块 体 滑 移 时 不 脱离 层 理 面 ， 以在 方 向上 ， 足 静 力 平 所 满 衡条件 ， 即 一 （ ， 。 。 ， 。 ） 在 极 限分 析上 限解 求 解 过程 中 ， 确定 失 稳 破

3、 坏 岩体 重力 所做 的功率 为 外 一 ： （ ） 由于 在 反倾 斜 边 坡 室 内模 型试 验 中 ， 理 面 与 节 层理 面成 垂 直关 系 ， 只有 块 体 重 力提 供 底 滑 面上 故 的法 向力 ， 且 块 体 问不 发 生 相 互 滑 移 并 由此 ， 底 沿 滑面上 的能 量耗 损率 为 内 （ ） （ ） 故 求得 反倾斜 块裂 层状 岩 质边 坡 的稳 定 系数 上 限解为 图 块 体 受 力 分 析 （ ） 三 一 一 （ ） 并 且 由于 块体 所 有 受 力 点 都经 过 块 体 重 心 ， 故 满 足力 矩 平 衡 条 件 以 ， 据 方 向上 的受 力 状

4、 所 根 态， 就可判 断块 体是 否具 有滑 移趋 向 ， 如 针对 室 内模 型试验 中 层 理倾 角 反倾 斜边 坡 。 的工况 ， ， ， 得 一 （ ） 。 （ ） 则块体 属 于该岩 层极 限长度 内 ， 之 ， 反 块体 就 不 计 算稳定 系数 上 限解为 ， 合试 验结果 ， 符 由 属 于极 限长度 内 因此 ， 每一 岩 层逐 块 进 行块 体 受 此 表 明极 限分 析 上限法 在反 倾斜 块 裂层 状 岩 质边 坡 对 中的适 用性 力分 析 ， 求得 每一 岩层 的极 限长度 可 然后 ， 顺序 组合 各岩层 极 限 长度 ， 每 一 岩层 失 把 稳 破 坏 部

5、分 的后 缘 拉 裂 边 界组 合 在 一 起 ， 成 了边 构 （ ）普 遍破 坏模 式下 的上 限解 针对 反倾 斜 块 裂 层 状 岩 质 边 坡 的 普 遍 破 坏 模 设 所示 坡 的失 稳破 坏 范 围 的边 界 ， 顶 部 两层 组 合 或 顶 部 式 ， 极 限分析 上 限法 的计算模 型 如 图 如 根 据 极 限分 析 上 限 定 理 ， 相 邻 块 体 间建 立 对 三层 组 合 等 后结 合 前 面 建 立 的普 遍 破 坏 模 式 下 最 的极 限分 析 上 限 法 来 求 出各 种 岩 层 组 合 的稳 定 系 一 个 协 调 的 速 度 场 ， 和 位 移 协 调

6、 ， 数 ， 中找 出最小 系数 的岩 层组 合 ， 为 边坡 最 危 险 条 件 要 求 相 邻 块 体 移 动 不 至 于导 致 它 们 的 重 叠 或 从 作 分离 ， 即相 邻 块 体 速 度 多 边 形 要 矢 量 闭 合 表 ， 的失稳 破坏 范 围 反倾 斜边坡 的极 限分 析上 限解 （ ）模 型试 验结 果分 析 示 为 一 （ ） 根 据反倾 斜 边 坡 室 内模 型 试 验 结 果 ， 其计 算 模 型如 图 示 所 根 据 相 邻 块 体 速 度 矢 量 闭合 三 角 形 的几 何 关 系， 速度 场也 可表示 为 同 济 大 学 学 报（ 然 科 学 版 ） 自 第

7、卷 式 中 ： 边 第一 项 为 失稳 破 坏岩 体底 滑 面上 的摩 擦 左 一 十 一 （ ， 十 一 力在速度场所产 生的内能耗散； 左边第二项为相邻 块 体 间层 理面 上的摩擦 力在 速度 场所产 生 的 内能耗 散 中存 在两个 未知数 ， 式 厂 和 即底 滑面 和层 与 轴 的夹角 ， 理 面上 的法 向力 面 根 据 块 体 受 力 分 析 来 确 定 下 定义 为从 负方 向开 始 ， 以顺 时 针旋 转 为正 ， 时 它们 同 式 中， 和 为速度 和 和 的计算公 式为 兀 首先对 每个块体 建立 局部坐标 系 （ ， ， 体 ）块 （ ） （ ） 所受 重 力 ， 滑

8、 面 法 向 力 厂 层 理 面 法 向 力 底 ， 和摩擦 力 （ ） （ 厂 ， 厂， ？）并 且假定 块 体 在失 稳 破坏 时 不脱 离 、 ， 不旋 转 、 故 满足静 力平衡 条件 为 式 中 ，为各底 滑面 的方 向角 （） （ ） 据此， 可求 得 厂 和 从 而得 到反倾 斜块 裂层 状 厂 ， 岩质 边坡普遍 破坏模 式下 的稳定 系数上 限解 为 一 （ （ ） ） 厂 ， （ ） （ ） 回归到室 内模 型试验 中， （ 中若 令 ： 式 ） 图 反倾斜边坡极 限分析上 限法计算模型 ， ， ：一 ， ， ， 一 。 贝 得 与 厶 式 （一致 ， 明室 内模 型试验结

9、果 为普遍 破坏模式 ） 说 下的一种特殊情况 根 据图 所 示 的破 坏 模 式 ， 第 个 块 体 为 上侧块体 ， 块体 为下侧 块体 于第 块体 结 论 第 个 对 个 和第个 块 体 问 的层 理 面 ， 分 为 以 下 两 种 情 可 况： 当 采 用室 内模 型试 验 手 段 ， 出 块 裂层 状 岩 质边 得 上 移 动 ， 时 下侧 块 体 对上 侧块 体 起 到 了阻 滑 的作 坡 的破 坏模式 ， 此 并结 合实 际工程 ， 出其普 遍 破坏模 提 用 当 时 ， 明下侧块体 相对 于上侧块 体 向 式 说 然后 基于极 限分析 上 限法原理 和 试验 结果 ， 验证 下

10、 移动 ， 时 下侧 块体 对 上侧 块 体 不但 起 不 到 阻滑 了该方 法在块裂 层状岩 质边坡 稳定 性 分析 中的适 用 此 的作用 ， 反而有 了下滑 的危 险 性 ， 而 求得 普 遍状 况 下块 裂 层 状岩 质边 坡 稳定 系 进 至此 ， 作用 于滑体 的外力仅 考 虑岩 体 自重 ， 在速 数 的上 限解 ， 并得 到一些有 意义 的结论 ： 度 场 所做 的外功率 计算公式 为 （）顺 层块裂层 状 岩质 边 坡失 稳 时为 岩体 沿某 外 （ 口 ） （ ） 一 ， 明下侧块 体相对 于上侧块 体 向 时 说 层理面发生整体性滑移； 而反倾斜块裂层状岩质 根 据 极

11、限分 析基 本 原理 ， 由于 底滑 面 和层 理 面 边坡失 稳时 为岩 体 沿 某一 台 阶面 发 生整 体 性 滑移 ， 是 塑性 区 ， 以 内能 的耗 散发 生 于底 滑 面 和块 体 间 台 阶面是 有 层理 面 和 节理 面 交错 连 接 而成 ， 所 层理 面 相互滑 移 的层理 面上 ， 即 为拉 裂 面 ， 节理 面为底滑 面 。 一 。 （ ） （）在求 解 极 限 分 析 上 限解 时 ， 合 静 力 平 衡 结 ： （ 厂 ） （ ） 条件 ， 可有效地解决求解过程中所需 的未知量， 如顺 层 边 坡 中的失稳 破 坏 范 围 ， 反倾 斜边 坡 中的块 体 间 相

12、互作用 力 第 期 张 子 新 ， ： 裂 层 状 岩 质 边 坡 稳 定性 极 限分 析 上 限解 等 块 （） 限分析上限法是从上限逼近真实解 ， 极 过 ， ： ， ， ： 高地估 计 了边坡 稳定 系数 ， 但从 研 究 的角度 出发 ， 本 文进 一 步 拓展 了极 限 分 析法 的应 用 范 围 ， 边 坡 稳 为 定 性分 析提供 了一 种有 效 的分析 手段 ， ， ： 在 本文 研究 过程 中 ， 考 虑 了岩 体 的滑 移 失 稳 ， 仅 实 际工 程 中存 在 的岩 体 转 动 、 曲拉 裂 失 稳 状 况 有 弯 待进一 步研究 参考文 献 ： 王兰生 意大利瓦依 昂水

13、库 滑坡考察 中国地质 灾害 与防 治 学 报 ， ， ： （ ） ， ， ： ， ， ， （ ） ： 陈祖煜 ， 汪小刚 ， 杨健 ， 岩质边坡稳定 分析 原理、 等 方法 、 程序 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， ， ， 一 ， ， ： ， ）： ， ， （ 王根龙 ， 法 权 ， 巨 文 质 边 坡 稳 定 塑 性 极 限 分 析 方 伍 李 岩 法斜分条法 岩土工程学报 ， （ ： ， ） ， 陈志坚 层状 岩质边坡 工程安 全监控 建模理 论及关 键技术 研 究 南京 ： 河海 大学 ， ， ， （ ） ： ， ： 孙书伟 ， 朱本珍 ， 马惠 民 典型顺 层高边 坡工程 病害

14、的地质 力 学模 型试 验 研 究 岩 土 工程 学 报 ， （） ， ： ， ， 陈炜 ， 王均星 节理 岩质 边 坡的块 体 元塑性 极 限分析 下 限法 口 岩土工程学报 ， （） ， ： ， ， ， （ ）： ， ： ， （ ） 周 维 垣 等 岩 石 力学 京 ： 利 电 力 出版 社 ， 高 北 水 李云鹏 ， 杨治林 ， 王芝 银 顺层 边 坡 岩体 结 构 稳定 位 移 理 论 岩石力学与工程学报 ， （ ） ， ： ， ， ： ， 杨峰 ， 阳军生 浅埋隧道围岩压力确 定的极 限分 析方法 口 工 程 力 学 ， （ ） ， ： ， ， ，（ ）： 杨 治林 顺层边坡岩体结 构 的非 完善屈 曲性 态研究 岩 土 力学 ， （ ） ， 增 ： ， ， （ ）： 冯君 ， 周德培 ， 江南 ， 顺层岩质边坡顺层 滑动岩体范 围分析 等 山地学报 ， （） ， ： ， ， ， ， ， （ ）： 冷先伦 ， 盛谦 ， 廖红建 ， 等 反倾层状岩质高边坡 开挖变形破 坏 机 理研 究 岩石 力 学 与 工 程 学 报 ， （ ： ， 增 ） ， ， ， ， ） ，