岩质边坡楔形体失稳破坏的稳定性分析

文/ 刘立波 四川远建建筑工程设计有限公司 四川自贡 643000

1、引言

岩质边坡的失稳破坏类型中，楔形体失稳破坏是一种典型的破坏形式，尤其是在中等-强风化的破碎岩质边坡中，该破坏形式更为常见。因此其稳定性分析在实际工程中具有相当重要的地位，受到广大学者和工程实践人员的重视。目前，一般运用赤平投影法、极限平衡法，对楔形体边坡进行稳定性分析，但随着计算机的普及，数值分析方法越加的展现其不可替代的优势[1-5]。

2、工程概况

本文以四川某老楔形体边坡失稳为例，图1为该老楔形体破坏槽状地貌，宽度约15m，高约36m，水平深约3m，楔形体破坏方量约130m3。本文通过地质调查及分析，对该老楔形体滑坡原始地形进行还原，再此基础上对其进行稳定性分析。（见图1 ）

2.1 边坡岩体结构特征

边坡岩体受强烈构造作用影响，北东盘地层，靠近断裂多直立倒转和强烈揉皱，岩体遭受明显的动力变质，岩体破碎，结构面发育，主要发育四组结构面，按优势结构面发育程度排序如下：①层面，产状变化大，27°～62°∠51°～84°，岩层为中到厚层夹薄层，张开最大达20cm左右 ；②裂隙L1产状：290°～319°∠49°～84°，为硬性结构面，起伏粗糙，可见延伸长度约15m，间距0.4～0.7m，张开约1cm～15cm，充填黄色粘土；裂隙面与层面切割岩体呈块状，为危岩体发育提供良好岩体结构条件。

图1 楔形体破坏后的槽状地貌

2.2 岩土体物理力学参数选取

计算参数选择的合理与否，特别是滑动带粘聚力和摩擦角的取值，对评价稳定性显得尤为重要。本文计算参数见下表1，

表1 计算参数

3、楔形体边坡稳定性分析

3.1 极限平衡法分析

通过对该老楔形体滑坡进行地质还原后，其受力分析如图2所示，由静力平衡关系可知：

图2 沿交线视图的受力分析

式中：R1、R1—结构面1、2的法向作用力；

ζ—两结构面夹角；

β0—楔形体的偏斜角；

W—楔形体重量；

βj—结构面交线倾角。

联立求解可得：

其稳定系数为：

带入参数，可得Fs=0.97。

3.2 数值模拟分析

（1）计算模型

计算模型长度（X方向）取70m，宽度（Z方向）50m，高（Y方向）60m。模型侧缘边界和底面边界，均采用单向约束形式，模型表面为自由边界。

（2）数值模拟计算结果及分析

ansys建模之后，通过ansys to flac软件导入FLAC3D建立边界标间，进行加载求解。采用FLAC3D软件的内置的强度折减法求解安全系数，其求解结果如图3所示。

图3 安全系数、剪切应变增量图及速度矢量图

通过数值方法模拟得到该楔形体边坡破坏前的稳定性系数FS=0.93,从剪应变增量及速度矢量图可以得到，该楔形体破坏区域剪应变增量明显更加集中，并且速度矢量明显大于其他区域，说明该楔形体已经出现了明显滑动，即已经发生破坏；

结论：

通过对初始应力状态下边坡的数值模拟分析表明，该原始边坡具有明显的安全问题。在不考虑地震作用力和降水条件的影响下也会发生破坏。数字模拟结果显示，该边坡的稳定系数F_s=0.93，与极限平衡法的结果相近，相互验证了其计算的正确性，且数值模拟得到的变形特征也与工程实际相符合。相比于极限平衡法，数值模拟能够更好的获得边坡的内部应力和变形，得出更加全面的结论。