岩质边坡稳定性分析

岩质边坡稳定性分析

1岩体结构稳定性研究作为一个开放的地质系统，梯度的稳定性也是动态的，影响因素很多。目前，系统中岩石质边坡的计算没有完整。通常,对其稳定性的评价应兼顾考虑岩体自身的结构性和周边环境等外部因素的可变性。但由于岩体结构的复杂性,对其稳定性的评价中还存在很多问题,尚待进一步研究和探索。本文以滑体为扰动岩体的某岩质滑坡为研究对象,利用历史恢复地形方法研究确认其滑坡证据,反演了扰动岩体参数,建立了计算模型,利用Morgenstern-Price法,计算了不同地形演变条件下在自然状态、自然+地震、饱水状态和饱水+地震等工况下的安全系数,分析其稳定性和滑移模式,为工程设计提供参考。2地下稳定性水位未见地下稳定水位,未见地下稳定性水位,且见地下稳定水位,概念面为地下稳定水位,总体规划设计期间未见地下稳定水位,总内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内地下稳定性不见地下d滑坡体为扰动岩体,前缘有部分松散体,其余部位保持了原岩体的大部分特征,勘察期间未见地下稳定水位。限于条件,未直接进行现场剪切试验,而是通过回弹试验得到间接结果,参考其它工程岩体综合强度力学试验指标,具体计算参数列于表1。3计算边坡的坡度3.1自然边滑坡防治等级参考《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)、《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求(2004年12月)》与《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)以及相关的滑坡防治工程技术要求,并考虑其可能造成的危害,自然边(滑)坡防治等级应拟定为1级边(滑)坡。安全系数控制标准见表2。3.2不利条件的考虑共设定了四大类计算工况:Ⅰ自然状态:以天然状态的容重和自然状态的抗剪强度指标为主要计算参数。Ⅱ降雨状态:以饱和容重和饱水软化后的抗剪强度指标为主要计算参数。考虑到地形条件和岩体节理较发育,不易形成稳定水位,降雨通过饱和容重、饱水参数加以考虑,即潜在滑移面强度值为软化后的指标值,以此作为不利条件加以考虑。Ⅲ地震作用+自然状态:主要根据地震烈度计算附加水平地震力,其它参数主要依据自然参数。水平地震加速度按0.065g考虑。Ⅳ地震作用+降雨状态:考虑地震时的水平地震力加上持续强降雨状态下潜在滑移面强度值(取软化后的指标值)。计算用了两种方法,采用GLE(generalizedlimitequilibrium,简称GLE)方法计算安全系数,用于评价边滑坡稳定状态,主要工作在Geo-slope商业软件平台进行;利用基于有限元的强度折减法,对边(滑)坡的破坏机制进行分析,主要工作在Rock-science公司Phase2商业软件平台进行。3.3历史推演根据勘察,稳定性评价区域可定为一个特大型古滑坡H,选定典型计算剖面2-2,为了全面评价该滑坡的稳定特性,对其历史形成过程进行了历史推演,分别对推演的初始地形、历史演替1、历史演替2和现有自然地形的稳定性进行了计算(表3)。3.4饱和水溶液中飞仙关组砂岩强度以2-2剖面为典型断面,进行了恢复地形稳定性计算,用以分析岩体强度参数的合理性。2-2剖面在恢复地形条件下,下伏宣威组泥页岩,侵蚀基准面位于坡脚(图1)。宣威组在此高陡地形下,处于高应力状态,形成屈服流动。泥页岩重复剪切流动,使上部飞仙关组砂岩拉裂破坏,局部产生滑动,坡体处于临界极限状态。最终发生旋转破坏,形成坐落式滑坡,坡体上的扰动岩体基本保留原有产状。以此为例,对岩体强度进行了检验和反演分析。在后缘裂隙充水和地震作用下,由饱水参数计算所得安全系数为0.736。这与该部分岩体历史上处于临界状态的恢复历史滑塌事件的认识不相符合,针对此情况用GLE法进行了反分析,假设飞仙关组砂岩强度同步增加,所得反演分析曲线见图2。从图2可知,飞仙关组砂岩的饱水岩体综合强度若增加约1.4倍左右则坡体处于临界状态。后续计算的飞仙关组砂岩强度为:自然状态,c=88.0kPa,φ=80.3°;饱水状态,c=80.0kPa,φ=73.0°。4基于强度折叠法的边坡效应分析4.1边坡边界条件用Phase2软件进行模拟:滑床和滑体采用线弹性模型,滑带采用理想弹塑性模型,仅折减滑带的强度参数。弹塑性模型采用非关联流动准则。考虑边坡的自重应力场,侧压力系数取1。边坡边界采用位移边界条件,两侧、底部的水平、竖向位移全部约束。如何判断边坡是否破坏是有限元强度折减法中的一个重要问题,计算中也以此为边坡的破坏判据,并设置弹塑性计算迭代次数500次,500次迭代若不收敛说明边坡已经破坏,此时的折减系数即为边坡的安全系数。限于篇幅,本次有限元强度折减法只对降雨和降雨+地震条件进行了计算。4.2坡脚构造及破坏机理对2-2剖面计算了初始恢复地形和现有地形降雨、降雨+地震两个工况下的稳定性,整理出了剪应变云图,具体破坏模式见图3。从图3(a)可知,在初始恢复地形下,岩质边坡近于直立,这可以从破裂面推测得知,坡脚出露宣威组泥页岩,其在高陡地形、高应力状态下,进入屈服状态,形成坡脚不断滑移状态,计算采用重复剪切强度,上部较硬的飞仙关组砂岩拉裂,形成坐落式破坏。这种破坏对滑体材料的破损程度较小,扰动岩体仍保持有一定的结构构造。这一点得到了踏勘及勘察资料的证实。后期由于不同时期坡形的不断改变,坡面形状不断发生历史演替,直到现有地形。这期间该古滑坡再没有发生大规模沿着老滑动面的整体破坏,只是局部部分滑移,从图3(b)～(c)可看出,后期的破坏均是前缘或者表层局部先动,为其余部分的移动调整提供空间和临空条件。5滑动稳定性评价5.1充水情况对造林效果的影响用极限平衡法进行了2-2剖面(图1)的稳定计算,其中针对初始地形又补充了后缘裂缝不充水、充水一半和全部充水计算方案,结果统计列于表4与图4。由图4可知,随着充水程度的增加,充水量对安全系数的影响也逐步减小,最大减幅可达0.017～0.024,这说明水对地震对滑坡的破坏有改善作用。考虑地震情况的安全系数要比不考虑情况下的安全系数小0.26左右,说明该地形条件下地震的破坏作用较强。考虑降雨饱水时安全系数要比自然状态小0.103左右,说明长时间降雨使得岩体饱水对滑坡稳定的影响仅次于地震作用。5.2模拟结果剖面位置在初始地形条件下,地震和降雨作用使坡体处于临界状态,发生坐落式滑坡。虽然坡体的飞仙关组砂岩和宣威组泥页岩保持了原有产状,但是岩体变为扰动岩体,物理力学特性劣化,再在内外动力地质作用下,坡形继续改变。根据初始地形破坏推测的历史演替地形计算剖面见图5。随着地形的继续变化,坡体稳定状态也在继续变化。历史演替地形安全系数计算结果统计列于表5,不同工况均在此潜在滑动面的基础上进行。5.3-2剖面模型经过历史地形演化分析,可以发现随着坡形越接近现有自然坡形,2-2剖面的安全系数逐步增加,说明随着内外动力地质作用对于坡形的改变,该古滑坡的稳定性是逐步增加的。按图6搜索的最不利滑动面,对3.2节的四种工况计算了滑坡的稳定性,结果见表6。5.4对于覆岩上的培养过程,我国系数统计量表按设计的四种历史追踪地形和四类计算工况,进行了分析和计算,安全系数统计列于表7。根据表2,地震作