地震作用下岩质边坡倾倒破坏探讨

    曾宪静

    

    

    摘要：对于陡倾层状岩体边坡，其经常发生倾倒破坏，根本原因都是地震导致的。为了保证工程的施工质量，结合相关的块体极限平衡理论，针对岩块长细比较大的情况，对岩质边坡倾倒破坏情况进行分析，同时对于一些简单的反倾边坡，分析其在地震作用下发生倾倒破坏的情况，详细阐述问题发生的环节和解决措施，在此基础上，总结出了处理这类问题的岩块间法向力、破坏模式转变点，坡脚剩余下滑力计算公式等，希望给有关人士一些借鉴。

    关键词：地震作用；岩质边坡；倾倒破坏

    在进行一些工程施工中，会遇到倾倒破坏是陡倾层状岩体，在实践中容易发生变形破坏，在地表临空附近的坡体浅位置发生的概率较大。在实践中发现无论是在人工边坡中，还是自然边坡都容易发生倾倒破坏问题。例如在山区的高速公路工程中，在水利水电工程中，在露天矿开采中，都有可能发生。下面就结合工程实例，分析其发生的原因，总结处理措施。

    1地震作用下岩质边坡倾倒破坏探讨

    1.1对连续分析法的分析

    在研究中发现，如果节理的间距t减少到无限小，也就是说岩块的长细比为h/t→∞，对于岩块而言，就可以视为宽度dx微分体，为了方便理解，特附图1所示，结合相关人员的研究分析，提出了极限平衡的方程，这样就能推导出在地震荷载作用下，岩块极限平衡的微分方程，再结合相关的边界条件，利用积分对其进行合理的解释。

    上图就是边坡的几何图形，从中不难看出，边坡被破坏掉面的基线，以及边坡表面的形状不是固定的，可以是任意形状的，为了对其做进一步分析，可以分别用ys（x）和Yb（x）表示。在分析的过程中，假设岩块底面垂直于节理，而其破坏面的基线，都是由很多个小台阶构成的。为了有效对这一问题进行分析，建立坐标系，要求X轴与Y轴分别和节理垂直，和节理平行。然后再根据相关的理论分析，第—理论，对于陡倾裂隙面，一定要符合极限摩擦平衡的条件。第二理论，对于岩块之间的作用力而言，其所在的作用点一定要在岩块界面的最上端，只有这样才能保证最终的质量要求。

    1.2分析相关的力学模型

    通过上述情况的假设，建立一个研究模型，在地震的作用下，实际的边坡倾倒力学模型。

    在该模型当中，是以M点作为转轴，在地震作用下，就可以得出i岩块的力矩平衡方程为（p+dp）（h+dh）-p（h+dyd/dX）dx+ptan θdx=（Wisina+kWicosa）b/2+

    （kWisina+kWicosa）h/2+（kWisina-Wicosa）dx/2.在该公式中，P、P+dP分别是岩块在岩块上作用的法向力，而h作为岩块的高度，对于k而言，其是地震的影响系数，a是陡倾裂隙法向视倾角。业内人士都知道，岩块重力Wi=yhdx，然后略去高阶无穷小，将该函数代入到上式中，就可以得到dp/dx+l/h（dys/dx+tan θ1）P=1/2 rhsina+1/2kyhcosa。以此为基础，就可以得到在极限滑动平衡条件下岩块底部的正应力和切应力。

    1.3分析辨别失稳模式的方法

    2分析相关的实例

    上述就描述了连续性方法的基本情况，分析了在地震作用下，对开挖的边坡进行分析，如下图所示，其破坏面的基线已经穿过坡脚，之间的倾角用θ表示，有利于以后的分析工作，在此基础上，建立一个坐标系，具体情况如图3所示，

    OX轴垂直于节理倾向，也就是α=900-η。就可以得到坡面函数和破坏面基线函数，计算出岩块的高度。

    2.1对解析分析法的论述

    从以上的公式中可以得出，其结合边界的条件为x=0，p=0，就可以计算出坡顶AB段的倾倒破坏时陡倾节理法向力，在计算过程中发现，如果陡倾节理视倾角α和地震影响系数k不能满足公式，那么这个平面滑动就会被破坏掉，在这种情况下，问题就变得简单，通过公式就可以计算BC段岩块底部的正应力和剪应力。而在地震荷载作用下，如果这个岩块出现倾倒破坏，当ψ<ψi，在坡脚位置的岩块，其法向力如果等于0，就表示该边坡长期都是极限平衡的状态，如果ψ>ψi，在公式中指数为负值，那么在x到L的时候，这一段岩块的法向力就会向无限大发展，但是这种情况不满足实际情况。由此可见，这就肯定会存在一点xT，xT就是边坡由倾倒破坏转变成滑动破坏的转变点。除此之外，还存在ψ<ψi，ψ>ψi，ψ=ψi，三种情况。通过以上的分析可以得知，在地震的作用下，其能够有效改变反倾边坡的破坏模式，在地震影响系数不断增大的情况下，边坡的破坏情况，开始从倾倒向滑动破坏发展，进而变为整体的滑动破坏，其造成的后果是非常严重的。除此之前，当工程的边坡出现倾倒一滑动问题后，在函数公式中，如果k值开始不断的增大，其转变点就会不断向后移动，在此基础上，滑动前面的范围就会增大，综上所述，由于地震的作用，在实际工程中，其对边坡倾倒的稳定性有非常大的影响，在k值不断增大的前提下，坡脚剩余的下滑力也会不断增大，如果在边坡设计过程中，在抗震方面有要求，在实际设计时，不仅要分析边坡倾倒的稳定性，也要同时对地震情况进行分析。

    总结：通过以上对地震作用下岩质边坡倾倒破坏探讨，发现在设计过程中，要对地震情况多加考虑，而且结合其设计要求，实际情况，以及条件的不同，要做好设计工作，使用连续分析法，建立数据模型等，如果岩块的长细比在20以上，使用的显式解析法精度很高，有利于对反倾边坡的破坏模式进行分析。