巖質(zhì)邊坡楔形破壞

1、第一章 緒論1.1 引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利建設(shè)，交通運(yùn)輸和國防工程等建設(shè)工程中所遇到的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題也相應(yīng)地增多。由于工程建設(shè)的需要，往往在一定程度上破壞或擾動原來較為穩(wěn)定或巖體而形成新的人工邊坡，誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)及社會可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問題。 巖質(zhì)邊坡滑坡作為地質(zhì)災(zāi)害中一個(gè)十分突出的問題，給國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)部門帶來了嚴(yán)重的干擾和損失。1993年三峽庫區(qū)巫溪縣南門巖體崩滑造成200余人喪生。2000年彭水縣山體滑坡造成70余人喪生。2004年12月11日，雨臺溫高速公路柳市附近突發(fā)大面積山體滑坡事故。滑坡的山體高約100m、寬約70m.甫臺溫高速公路

2、70余米的路段完全被滑落的大石封死，致使溫州大橋白鷺嶼至樂成鎮(zhèn)一段的高速公路雙向車道全部癱瘓。地震作用誘發(fā)的邊坡滑動和坍塌也是常見的災(zāi)害之一。特別是在山區(qū)和丘陵地帶，地震誘發(fā)的滑坡往往分布廣、數(shù)量多、危害大。我國是一個(gè)多地震的國家，西部地區(qū)又是地中海一喜瑪拉雅地震帶經(jīng)過的地方，是亞歐大陸最主要的地震帶，也是我國地震活動最活躍的地區(qū)，因地震而導(dǎo)致的滑坡災(zāi)害非常嚴(yán)重。大量崩塌與滑動主要發(fā)生在多震的西部地區(qū)，而這些地區(qū)正是我國的水電能源和各種礦產(chǎn)資源的主要蘊(yùn)藏地。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，將加速對西部地區(qū)水電、礦產(chǎn)資源開發(fā)、及公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，愈來愈多的工程(如水電、礦山、能源、核廢料儲

3、存及溶質(zhì)運(yùn)移)都建設(shè)在巖體之上，幾乎所有的土木工程建設(shè)都涉及到邊坡的動力穩(wěn)定問題。在大多數(shù)巖體力學(xué)問題的研究中，都假定巖體在外力作用下是靜止的，所以，考慮問題的角度也一般是從靜力學(xué)角度出發(fā)，其結(jié)果與實(shí)際情況不盡相符，往往對結(jié)果作一些折減。通常，在許多實(shí)際情況中，荷載常具有動力特性，如上所述的地震滑坡災(zāi)害等，沿用靜力學(xué)的原理和方法來求解這類問題，結(jié)構(gòu)的動載特性無法反應(yīng)出來，這顯然是不合適的。例如，在地震作用和影響下，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定;隧洞圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的安全;筑造在巖層中的導(dǎo)彈發(fā)射豎井能否繼續(xù)使用;修建大型水庫以后是否存在誘發(fā)地震的可能性，以及在誘發(fā)地震一旦發(fā)生時(shí)，大壩及庫區(qū)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定等。在水

4、利水電、露天采礦、能源及交通等工程領(lǐng)域巖質(zhì)邊坡出現(xiàn)得越來越多，這些巖質(zhì)邊坡往往是工程中的控制性項(xiàng)目，關(guān)系工程進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益，甚至工程成敗。因此，安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理地分析巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性并進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)，其意義就越發(fā)顯得突出。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是重中之重。1.2 巖質(zhì)邊坡楔破壞定及邊坡動力問題研究現(xiàn)狀楔體理論（Wedge Theory）是石根華博士與R.E.Goodman于1982年通過研究塊體理論提出來的。1985年，石根華博士與R.E.Goodman教授合著了塊體理論及其在巖體工程中的應(yīng)用（Block Theory And Its Application To Rock Eng

5、ineering）一書。塊體理論自提出以來一直受到國內(nèi)外科研人員與工程技術(shù)人員的重視。楔形體破壞在工程實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生。如高度為300m左右的大冶露天礦邊坡，邊坡巖體巖石堅(jiān)硬，巖體結(jié)構(gòu)基本上屬于完整結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性理應(yīng)較高，但由于受斷層切割，局部形成了楔形塊體，并出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，三峽工程地下廠房尾水出口邊坡在開挖過程中，設(shè)計(jì)人員先后確定了大量可能下滑的楔形巖塊。這些由在片麻巖花崗巖內(nèi)發(fā)育的幾組節(jié)理組成的不穩(wěn)定塊體，楔體方量從幾十方到幾千方不等。Mononobe H A等最早從變形體的角度研究了土質(zhì)邊坡的動力特征，并第一次提出了一維剪切楔法的模型，開創(chuàng)了剪切楔法分析邊坡地震反應(yīng)分析的先河(Mononob

6、e et al.,1936)。然而，直到20年后，由于Karnataka和Ambraseys的工作，這個(gè)模型的意義才被人們重新認(rèn)識并得到工程界的認(rèn)可。后來的很多學(xué)者對一維剪切楔法進(jìn)行了改進(jìn)，把剪切楔法推廣到二維三維。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，通過參數(shù)研究來闡明諸如峽谷集合幾何變形，材料不均勻性等因數(shù)的重要性，進(jìn)而產(chǎn)生了幾種改進(jìn)分析模型。一般認(rèn)為，動力荷載對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要是由于動荷載引起的慣性力和因循環(huán)退化引起的剪應(yīng)力降低，導(dǎo)致邊坡整體下滑力加大，降低了邊坡的安全系數(shù)。因此將動荷載下邊坡失穩(wěn)分為：慣性失穩(wěn)（Inenial Instability ）和衰減失穩(wěn)（Weakelling Inst

7、ability ) ，爆破造成邊坡的失穩(wěn)一般屬于慣性失穩(wěn)。目前邊坡動力分析方法主要還是基于極限平衡理論和應(yīng)力變形分析。慣性失穩(wěn)常采用的分析方法有：擬靜力法（Pseudostatic Analysis ) , Newmark 滑塊分析法( Newmark sliding Block Analysis ）、Makdisi seed 的簡化分析法，地震邊坡的概率分析方法及有限元方法。而衰減失穩(wěn)常采用：流動破壞分析法（Flow Failur Analysis ）和變形破壞分析法(Deformation Failure Analysis)。王思敬( 1977 ）較早地研究巖質(zhì)邊坡動力特性問題，1987

8、年，王存玉在二灘拱壩動力模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，巖石邊坡對地震加速度不僅存在鉛直向的放大作用，而且還存在水平向的放大作用。何蘊(yùn)龍等人（1998 ）通過動力有限元法發(fā)現(xiàn)了“巖石邊坡的地震動力系數(shù)并不隨坡高增高而單調(diào)增大”，并且得出了“坡高約100m 時(shí)坡頂最大動力系數(shù)達(dá)到最大值，坡高超過100m動力系數(shù)反而有所降低。但總的來說，巖石邊坡動力系數(shù)對坡高的變化是不敏感的，在工程常見的坡高范圍內(nèi)邊坡動力系數(shù)的變化是不大的”的結(jié)論，并基于此提出了巖質(zhì)邊坡地震作用的近似算法。薛守義博士（1989 ）較為系統(tǒng)地分析和總結(jié)了前人對巖體邊坡動力穩(wěn)定性所做的零星工作后結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)思想，并指出了各種情況下所需選用的動力分析

9、方法，將巖體邊坡穩(wěn)定性分析模型歸納為巖體地質(zhì)模型、力學(xué)模型和幾何模型三類，并在振動模型研究的基礎(chǔ)上，分析了巖體振動的力學(xué)效應(yīng)，發(fā)展推導(dǎo)了楔形體滑動機(jī)制下的地震滑動位移分析公式，并編制了相應(yīng)計(jì)算程序，在振動單剪儀上，進(jìn)行了小浪底原狀泥化夾層的動力特性試驗(yàn)研究，取得了泥化夾層動特性比較可靠的直接資料。徐衛(wèi)亞博士在其博士學(xué)位論文中采用振型迭加法對鏈子崖的動力時(shí)程響應(yīng)也曾經(jīng)進(jìn)行過研究。另外，孫鈞（l987 ）、孫進(jìn)忠（2001 )、胡津賢（1989 ）等的著述中涉及到巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)的問題。1.3 本文主要內(nèi)容研究針對巖土工程中的巖質(zhì)邊坡楔形破壞問題，并對邊坡動力特性進(jìn)行研究分析。主要內(nèi)容有：（1）

10、對巖質(zhì)邊坡楔形破壞理論學(xué)習(xí)，并對邊坡楔體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并做出評述。（2）對特征巖質(zhì)邊坡楔體穩(wěn)定性分析基本方法、影響巖質(zhì)邊坡楔體破壞穩(wěn)定性的因素等方面進(jìn)行理論學(xué)習(xí)及分析；在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，對如何計(jì)算分析楔體的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。（3）通過對邊坡巖體特征的分析和評價(jià)，建立邊坡巖體整體模型，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)巖石（體）動力特性研究成果，研究邊坡巖體的本構(gòu)關(guān)系，進(jìn)行巖質(zhì)邊坡的動力分析計(jì)算。（4）結(jié)合工程實(shí)例對邊坡楔形破壞及邊坡動力分析。第二章 研究區(qū)域邊坡工程地質(zhì)條件2.1自然地理概況研究區(qū)域位于貴州省黔東南州從江縣，與廣西壯族自治區(qū)接壤，東接廣西三江侗族自治縣，南鄰廣西融水苗族自治縣和環(huán)江毛南

11、族自治縣，西連荔波、榕江兩縣，北靠黎平縣，是重要的交通樞紐通道。 圖2.1 貴州從江縣地圖2.2區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概況2.2.1氣候、水文貴州省從江縣屬亞熱帶季風(fēng)溫潤濕熱氣候區(qū)，夏長冬短，冬溫夏熱，最高氣溫39.0，最低氣溫-6.0，多年平均氣溫18.4，多年平均降雨量12001500mm之間，雨量豐富，全年濕潤，無霜期300天以上。地下水的賦存形式以上層滯水存在，其中以吸著水、毛細(xì)管水、孔隙水、裂隙水為主，水的補(bǔ)給源以稻田內(nèi)的地表水和大氣降水為主。邊坡前緣約45m處發(fā)育一條四季常流河，該河為都柳江，系珠江水系，流量及水位受季節(jié)性影響較大，豐水期時(shí)流量變大，最大洪水水位標(biāo)高:160.30m；枯水期時(shí)

12、流量變小，水位標(biāo)高：152.30m；常年水位標(biāo)高：154.80m。 2.2.2地形、地貌研究區(qū)位于緩陡剝蝕的中低山地貌區(qū)，場區(qū)高程在173.00283.00m，相對高差約110m，邊坡后壁較陡，坡度角呈20°40°傾斜，邊坡前部為陡坡，坡度角呈45°53°傾斜。實(shí)測邊坡體后緣高程為283.70m，前緣高程173.30m，相對高差110.40m。2.2.3地質(zhì)構(gòu)造與地震本區(qū)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上屬揚(yáng)子準(zhǔn)臺地江南臺?。唇瞎抨懀┍本?，主要由淺變質(zhì)巖系組成，邊緣分布震旦系和寒武系地層。由于地層經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動，緊密線性褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育，老構(gòu)造經(jīng)多次斷裂活動的改造

13、、復(fù)合已難以辨認(rèn)，現(xiàn)以燕山期、加里東北區(qū)的構(gòu)造最為顯著。區(qū)內(nèi)無大的斷裂和構(gòu)造經(jīng)過，地層主要為上元古宇丹洲群拱洞組變質(zhì)巖分布區(qū)，巖性主要為灰、灰綠、淡黃、褐黃色粉砂質(zhì)板巖，局部夾淺灰色凝灰?guī)r，粉砂質(zhì)板巖，地層產(chǎn)狀105°48°，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙密集發(fā)育，共發(fā)育有“X”型共軛節(jié)理，其中以產(chǎn)狀為355°68°（密度為46條/m2）、205°79°（密度為54條/m2）、15°43°（密度為51條/m2）及270°48°（密度為31條/m2）最為發(fā)育，節(jié)理密度23條/m2，裂隙面被粘土、鐵錳質(zhì)氧化膜充填，

14、前兩組裂隙具張拉性質(zhì)，后兩組裂隙具卸荷性質(zhì)。裂隙將巖體切割成碎裂狀、散體狀，使巖體強(qiáng)度大大降低，且裂隙面于巖層面構(gòu)成水解粘土化作用中水介質(zhì)運(yùn)移通道。 表2.1 邊坡場區(qū)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)表傾向（°）傾角（°）測定節(jié)理數(shù)（條）特征描述355 6846裂隙寬1-15mm，間距0.05-0.40m，延伸長度0.10-12.0m，切割深度0.10-1.20m，閉合度較差，張口大，連通性好，粘土充填。2057954裂隙寬1-15mm，間距0.05-0.30m，延伸長度0.10-14.0m，切割深度0.10-1.3m，閉合度較差，張口大，連通性好，粘土充填。154331裂隙寬1-8mm，間距

15、0.05-0.40m，延伸長度0.10-0.80m，切割深度0.10-0.30m，閉合度好，張口小，連通性差，粘土充填。2704823裂隙寬1-15mm，間距0.05-0.40m，延伸長度0.10-0.80m，切割深度0.10-0.80m，閉合度好，張口小，連通性差，粘土充填。經(jīng)查閱貴州歷史地震資料，本區(qū)最大地震震級為級，場區(qū)土體無地震液化的可能。取地震傳遞系數(shù)P=0.00g。2.3邊坡工程地質(zhì)條件2.3.1地質(zhì)特征該地區(qū)分布土體為第四系人工回填層、耕植土層和殘坡積層，巖體為上元古宇丹洲群拱洞組（Pt3g）粉砂質(zhì)板巖，分述如下：耕植土層（Qpd）為淡黃色耕植土層，見植物根莖。厚度0.100.4

16、0m?；靥钔翆樱≦me）為雜色人工回填層，由碎塊石、粘土及水泥凝結(jié)物，結(jié)構(gòu)中密。厚度1.201.50m。殘坡積層（Qel+dl）為淡黃色碎塊石土，碎塊石成分強(qiáng)至弱風(fēng)化粉砂質(zhì)板巖，粒徑：0.2035.2cm，含量3845%，結(jié)構(gòu)稍密?？刂坪穸?.1012.80m。巖體（Pt3g）場區(qū)巖體為上元古宇丹洲群拱洞組粉砂質(zhì)板巖。強(qiáng)風(fēng)化層（Pt3g），為灰綠、淡黃、褐黃色粉砂質(zhì)板巖，原巖組織結(jié)構(gòu)大部分被破壞，尚存殘余層理結(jié)構(gòu)，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，巖石破碎，整體性差，厚度變化大。結(jié)構(gòu)中密至密實(shí)。弱風(fēng)化層（Pt3g）為灰、深灰色薄至中層狀粉砂質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面被粘土、鐵錳氧化膜充填，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，巖體較破

17、碎，整體性較差，巖芯呈碎塊狀、短柱狀及少量長柱狀。2.3.2水文地質(zhì)條件（1）地下水類型場區(qū)地下水以上層滯水類型存在，其中耕植土層和殘坡積層以吸著水和孔隙水為主要形式賦存；人工回填層和巖層以孔隙水和裂隙水為主要形式賦存。（2）地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件地下水的補(bǔ)給源以大氣降水和稻田內(nèi)地表水為主。因發(fā)生邊坡，局部巖體破碎堵塞，排泄條件較差。（3）地下水水質(zhì)類型及特征地下水水化類型為HCO3Ca型， PH值7.50。（4）地表水邊坡前舌約45m處發(fā)育一條四季常流江，該江為都柳江，流向由西向東，江流向與邊坡走向近平行，該河隨季節(jié)變化而變化，枯水期時(shí)水位下降，流量變??；豐水期時(shí)水位下降，流量變大。2

18、.3.3 邊坡特征（1）邊坡形態(tài)邊坡由巖石和土層組成的，其安全等級為一級邊坡，邊坡坡向235°，坡度角呈45°56°傾斜（平均53°），邊坡縱長127.3m，平面呈梨狀，上窄下寬，表面積14152m2，坡向與巖層傾向相反。（2）變形破壞特征該邊坡于2008年6月15日雨季產(chǎn)生局部過微小變形，在邊坡體中巖體后緣出現(xiàn)了不連續(xù)的拉張裂縫，造成部分排水溝及級以上的坡面防護(hù)垮塌變形破壞現(xiàn)象。（3）發(fā)展趨勢邊坡變形與大氣降水有密切關(guān)系，降雨后邊坡局部巖體變形明顯，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡變形速率與降雨量的大小有直接關(guān)系，降雨量越大，邊坡變形局部巖體越明顯，由此可判斷

19、該邊坡體在雨季后會出現(xiàn)滑移的可能性極大。第三章 巖質(zhì)邊坡楔形破壞穩(wěn)定性分析3.1概述 在巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)模式中，楔體破壞是最常見的一種類型，在邊坡失穩(wěn)模式中占有重要位置。楔體是由兩條或兩條以上的結(jié)構(gòu)面對巖體切割而形成的，滑體同時(shí)沿著這兩個(gè)面發(fā)生滑移，故其滑移方向必然是沿著該兩個(gè)結(jié)構(gòu)面的組合交線方向，且該交線的傾角必定緩于邊坡坡角，并在坡面出露，由于滑體同時(shí)沿兩個(gè)面滑動，其力學(xué)機(jī)理比較復(fù)雜。在邊坡開挖過程中，邊坡表面由于卸荷作用，掩體松弛，強(qiáng)度降低，加以坡面不平整，小塊巖體極易具備臨空條件，所以在開挖邊坡表面，經(jīng)常會發(fā)生小塊巖體以平面或楔體形式的剝落現(xiàn)象，其體積有幾立方米至幾百立方米不等。影響楔體

20、穩(wěn)定的因數(shù)有滑體自身重力、低滑面得抗剪強(qiáng)度參數(shù)、滑面上的外水平壓力和外荷載等。3.2楔體穩(wěn)定的極限平衡分析法3.2.1 坐標(biāo)系和物理量定義首先建立一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，設(shè)z軸與重力方向相反，x與y分別為正東和正北方向。圖（3.1）為一楔體穩(wěn)定性分析的示意圖。某一結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)產(chǎn)狀（傾角和傾向）與這一結(jié)構(gòu)面內(nèi)法線方向的方向?qū)?shù)（角以、表示）存在以下關(guān)系 （3.1） （3.2） （3.3）對于圖3.1所示的左、右底滑面，其交棱線的矢量為 （3.4）式中：和分別為左、右底滑面內(nèi)法線。上式所代表的交棱線是向下的那個(gè)矢量，其單位向量為j，與其方向相反的那個(gè)矢量為 （3.5）這里，我們引入一個(gè)符號，向量在向量

21、上的投影可用該兩向量的點(diǎn)積來代表。定義為 （3.6）圖3.1 楔體穩(wěn)定分析示意圖圖3.2 作用在與交線j垂直的剖面上的力3.2.2楔體穩(wěn)定分析的極限平衡分析方法傳統(tǒng)的極限平衡分析方法，假定楔體底滑動的剪切力平行于交棱線。左、右滑面均為受壓力情況的楔體穩(wěn)定分析。為了計(jì)算楔體底滑動的剪切力，需要知道有效法向反力的數(shù)值，用和表示。此時(shí)我們引入一個(gè)假定，即作用于左、右兩個(gè)平面上的剪切力均平行于交棱（見3.2）。這樣，如果來考察一個(gè)與交棱線j垂直的剖面，將作用在該楔體的力投影到這個(gè)平面上，可得到以下兩個(gè)方程。 （3.7） （3.8）從中可解出和： （3.9） （3.10）對作用于楔體上力的符號作如下規(guī)定

22、： 楔體重量，單位方向量為， 平面上的有效法向反力，沿平面的內(nèi)法線方向，單位向量為； 平面上的有效法向反力，沿平面的內(nèi)法線方向，單位向量為； 平面上的水壓力； 平面上的水壓力； 拉裂縫的抗拉力和拉裂縫中水壓力總和；單位向量為,外力，包括表面分布或集中荷載、地震力、錨固力以及拱推力，單位向量為沿著交棱線方向的下滑力，單位向量為。上式中： （3.11） （3.12） （3.13） （3.14） （3.15） （3.16）沿交棱線（在此分析中標(biāo)號為）向下作用的下滑力S由作用在楔體上的力通過在方向上的投影求出： （3.17）邊坡的安全系數(shù)F由下式定義。 （3.18）式中：c和分別為滑面上的凝聚力和摩擦

23、角。左、右滑面中有一個(gè)為受力情況。在楔體穩(wěn)定分析中，還需要檢查按式（3.19）和式（3.10）計(jì)算所得的和是否為負(fù)。如果和中的一個(gè)為負(fù)，說明楔體將沿該面脫開。此時(shí)，應(yīng)按“單面滑動”重新復(fù)核該楔體的安全系數(shù)。Hoek和Bary建議此時(shí)應(yīng)找出該滑面的“最速下降方向”，通過沿此方向的投影來求解。這里仍假定滑面上的剪切力與交棱線平行。如果為負(fù)，則可按下式求得 （3.20）獲得后，令，代入式（3.18）中，即可求得安全系數(shù)。對為負(fù)的情況，也可按類似方法處理。對于楔體穩(wěn)定分析這樣一個(gè)課題，作用在楔體上的重量和、這些已知的力可按類似方法處理。3.3楔體穩(wěn)定分析的塑性力學(xué)上限解 使用虛功原理計(jì)算楔體穩(wěn)定安全系

24、數(shù)的另一種方法，由于在計(jì)算過程中，假定楔體在破壞時(shí)分別沿左右兩個(gè)滑面以剪膨脹角和移動，故稱為塑性力學(xué)上限解。本節(jié)采用前面已介紹的向量符號，對這一方法的求解過程再作一回顧。3.3.1、計(jì)算楔形體的絕對速度v 楔體穩(wěn)定分析上限解假設(shè)該剛體以絕對速度V位移，其單位向量m與左、右兩滑面的夾角分別為與（圖3.3） m由下列方程唯一確定：圖3.3 楔體穩(wěn)定分析的塑性力學(xué)上限解 （3.21） （3.22） 3.3.2、通過虛功原理求解安全系數(shù) 獲得了m以后，通過下面的功能平衡方程式來求解安全系數(shù)。 （3.24）3.4楔體穩(wěn)定分析的塑性力學(xué)廣義解3.4.1引言 巖質(zhì)邊坡楔體穩(wěn)定分析實(shí)際上是一個(gè)超靜定的問題，若

25、單純通過靜力平衡條件求解，所包含的的未知量的數(shù)目將超過可以建立的靜力平衡方程的數(shù)目。（3.1介紹）即畫面上的剪力與交棱線平行。本節(jié)的目的要建立一個(gè)求解安全系數(shù)廣義解，其左、右底滑面的剪力與交棱線的夾角不等為零，而是任意值和。這一方法的求解過程是從設(shè)定楔體相對左、右剪脹角和開始的。為了便于數(shù)學(xué)處理，在開始求解前，需將有關(guān)的物理量用向量形式來表示。圖 3.4 巖質(zhì)邊坡楔體破壞3.4.2矢量的數(shù)學(xué)表達(dá)式 將一個(gè)矢量用幾個(gè)線性無關(guān)的矢量組合來表示，將極大的簡化本文的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。本文中涉及的矢量有以下幾個(gè)。（1）交棱線兩個(gè)滑面交棱線的單位矢量用j表示（向下為正），與兩個(gè)滑面的內(nèi)法線和垂直。表達(dá)式為： （3

26、.25） 式中，為的模，與得夾角用表示。因此，有以下關(guān)系式成立： （3.26） （3.27） （3.28） （3.29） （2）楔體位移矢量楔體的單位位移矢量用表示，可表示為矢量，的線性組合： （3.30） 與左、右兩滑面的夾角分別為和參見圖3.5.圖3.5 滑面上的內(nèi)力及塑性速度（3）左、右兩滑面上的剪力的方向矢量一旦確定，左、右兩滑面上單位剪力的方向矢量和，就可根據(jù)“主應(yīng)力軸和主應(yīng)變重合”的原則確定。圖3.6（a）為由、和組成的矢量直角三角形，因、處于同一平面，其模型為1，故直角三角形中的其他兩邊應(yīng)分別為和，故有 （3.31） 圖3.6 滑面上的剪力及塑性速度同理，對右滑坡面有 （3.32

27、） （4）左、右滑面的“組合摩擦力”圖3.7所示為矢量與兩滑面上的法向力組成的平面?，F(xiàn)將滑面上的內(nèi)力分為兩部分，第一部分為凝聚力，用（或）表示，其大小為（或）。這部分內(nèi)力除包括未知量安全系數(shù)外，不包括其他未知數(shù)。第二部分內(nèi)力用（或）表示，為法向力或（）與摩擦力的合力。顯然，與與左、右兩滑面的夾角分別為和。此力被定義為“組合摩擦力”。圖3.7 組合摩擦力矢量(a)左滑動面(b)右滑面在某一滑上“組合摩擦力”的單位矢量也可以用、和的線性組合表示。根據(jù)如圖3.7（a）所示的矢量三角形，不難得出： （3.33） 式中線段CA的長度為1.因此左滑面上“組合摩擦力”的單位方向矢量為 （3.34） 同理，有

28、 （3.35） （5）楔體的外力矢量 前面已經(jīng)提到，斜體自重、外部荷載及作用在兩滑面上的孔隙水壓力的合力用W表示，其單位矢量用W表示?？紤]到孔隙水壓力為常數(shù)量，為簡潔期間起見，沒有與W分開。對一定的（，）集，單位外力矢量W可表示為 （3.36） 同理，“第二種方案”中使邊坡進(jìn)入極限狀態(tài)的水平外力的單位矢量可表示為 （3.37） （6）.一些基本關(guān)系式根據(jù)矢量分析理論，有以下關(guān)系： （3.38） 上述表達(dá)式會極大地簡化下節(jié)中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。此外，還可建立有下列基本關(guān)系來確定前述公式中的各項(xiàng)系數(shù)：對矢量，由式（3.30）求得 （3.39） （3.40） （3.41） （3.42）其中與可表示為： （3

29、.43） （3.44） 將是、式（3.43）與式（3.44）代入式（9.40）對矢量，有： （3.45） （3.46）式中與因與和無關(guān)，故事已知量。由式（3.45）（3.46）得 （3.47） （3.48）可由下式 （3.49）如果采用“第二方案”，相應(yīng)Sarma法的外荷載單位矢量同樣也可以用相同的方程表示。事實(shí)上，只需將式（3.47）至（3.48）中的“”用“”代替，就可以求出所相應(yīng)的，。對未知量和(左、右底滑面剪力與交線的夾角)，根據(jù)式（3.32）與式（9.33），可以將其與和聯(lián)系起來。在具體計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)楔體的若干控制性幾何參數(shù)計(jì)算楔體的重量以及左右滑面的面積等。第四章 邊坡動力穩(wěn)定性

30、工程地質(zhì)分析4.1邊坡動力穩(wěn)定性影響因素分析強(qiáng)烈地震導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)不僅取決于地震本身，包括地震的幅值、頻率以及持時(shí)。而且也與邊坡所處的地質(zhì)背景、巖體結(jié)構(gòu)類型、地層巖性組合、地形地貌條件以及水文地質(zhì)條件密切相關(guān)。4.1.1地質(zhì)背景影響邊坡所處的地質(zhì)背景主要是指邊坡所處的大地結(jié)構(gòu)單元以及區(qū)域性大斷裂的發(fā)育情況。邊坡所處的大地構(gòu)造單元不僅決定了邊坡地質(zhì)發(fā)育史的不同，從而控制了邊坡巖體的地層結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度，而且特別決定了邊坡地質(zhì)演化過程中新構(gòu)造運(yùn)動的活躍程度，邊坡可能遭遇地震的頻度與強(qiáng)度。區(qū)域性大斷裂對邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為有利和不利兩個(gè)方面。有利方面是斷裂帶對地震波動能量有屏蔽作用，從而降低了地震作用

31、強(qiáng)度。不利方面是區(qū)域性大斷裂往往是強(qiáng)震之源所在，同時(shí)斷裂帶巖體破碎，降低了邊坡的自穩(wěn)能力。由于斷裂帶對地震波動能量的屏蔽作用，那些與震源分居斷裂帶兩側(cè)的邊坡所受地震作用將降低，從而其失穩(wěn)的可能性也會減小。而那些與震源位于斷裂帶同一側(cè)的邊坡，特別是位于斷裂帶上的邊坡，其失穩(wěn)可能性會大大提高。此外，區(qū)域性大斷裂等地質(zhì)構(gòu)造面作為地震波的反射界面，會使與震源位于同側(cè)的邊坡受到更復(fù)雜的地震作用過程，從而大大增加了邊坡失穩(wěn)的概率。4.1.2結(jié)構(gòu)類型影響對于巖質(zhì)邊坡來說，邊坡并不是整體一塊，而是由各種各樣的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合而成，形成不同的邊坡巖體結(jié)構(gòu)。常見的巖體結(jié)構(gòu)類型可分為:塊狀結(jié)構(gòu);鑲嵌結(jié)構(gòu);破碎結(jié)構(gòu)

32、;層狀結(jié)構(gòu);層狀碎裂結(jié)構(gòu);散體結(jié)構(gòu)等。不同結(jié)構(gòu)類型的巖體，對地震的反應(yīng)是不同的。塊狀結(jié)構(gòu)巖體，整體強(qiáng)度較高，在動力作用下的變形特征接近于彈性體，地震期間一般不會發(fā)生失穩(wěn)破壞。對于鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體，地震可能會造成局部的崩塌和落石，但不會造成大規(guī)模的失穩(wěn)。碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地震反應(yīng)比較強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的地震會導(dǎo)致碎裂結(jié)構(gòu)巖體松動，造成大量的崩塌、落石以及小規(guī)模的滑動。層狀結(jié)構(gòu)的巖體受層面的控制，在地震作用下可能沿層面產(chǎn)生滑動。而對于散體結(jié)構(gòu)的邊坡，在地震作用下，不僅產(chǎn)生大量的崩塌和滑塌，而且有可能導(dǎo)致大規(guī)模的滑坡。土坡邊坡可以看成散體結(jié)構(gòu)，在地震作用下將會產(chǎn)生大量的變形、滑塌和滑坡。4.1.3巖性組合影響巖性對

33、地震滑坡的影響主要反映為不同巖性的邊坡產(chǎn)生滑坡的程度不同。由豁土、泥巖、頁巖、泥灰?guī)r以及它們的變質(zhì)巖組成的巖體，或由上述軟巖與一些硬巖互層組成的巖體，或由某些巖性軟弱、易風(fēng)化的巖漿巖(如凝灰?guī)r)組成的巖體，具有以下特點(diǎn):(1)抗風(fēng)化能力差、風(fēng)化產(chǎn)物中含有較多的黏性土質(zhì)、泥鈣質(zhì)顆粒，具有很高的親水性、膨脹性、崩解性等特征。(2)這些地層的軟巖及其風(fēng)化產(chǎn)物一般抗剪性能差，遇水濕潤后即產(chǎn)生表層軟化和泥化。形成很薄黏力層，抗剪強(qiáng)度極低。(3)由于巖性、顆粒成分和礦物成分的差異，導(dǎo)致水文地質(zhì)條件的差異。細(xì)顆粒的泥質(zhì)、黏土質(zhì)軟層既是吸水層，又是相對的隔水層。(4)在干濕交替的情況下黏土的高收縮性，使巖土體

34、中裂隙迅速發(fā)生并擴(kuò)大，各種地表水很容易滲入坡體。上述這些特點(diǎn)容易導(dǎo)致滑坡的發(fā)育。通常把這類很容易發(fā)生滑坡的地層稱為“易滑地層”。易滑地層不僅本身容易發(fā)生滑坡，而且它們的風(fēng)化碎屑產(chǎn)物也極易滑動，甚至覆蓋在它們之上的外來堆積層(沖積層、洪積層等)也容易發(fā)生沿著“易滑地層”或其風(fēng)化碎屑物頂面滑動。不同的巖土性質(zhì)對地震的反應(yīng)不同。在一定的震級下，不同土質(zhì)的最大加速度和震動幅值都不同。根據(jù)調(diào)查研究，90%以上的滑坡產(chǎn)生在各種松散的堆積中，巖石滑坡較少。4.1.4地形地貌影響 邊坡地形地貌條件(主要是邊坡的高度、坡度和邊坡坡形)對邊坡動力穩(wěn)定性有較大影響。4.1.5水文地質(zhì)條件影響水文地質(zhì)條件對邊坡穩(wěn)定性

35、的影響主要表現(xiàn)在地下水位的埋深和邊坡中地下水的補(bǔ)、徑、排條件等方面。當(dāng)?shù)叵滤裆钶^小時(shí)，地震會造成孔隙水壓力增加及其累積效應(yīng)，由此引起邊坡產(chǎn)生永久位移，當(dāng)這種永久位移達(dá)到一定程度時(shí)，可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。地下水的補(bǔ)、徑、排條件對地震期間孔隙水壓力的累積有重要的影響。如果地下水的排泄條件暢通，孔隙水壓力不容易累積，則對邊坡的動力穩(wěn)定性影響不大，反之，則極易產(chǎn)生滑動。4.2工程地質(zhì)模型影響邊坡工程地質(zhì)模型的確定是邊坡穩(wěn)定性包括動力穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)。邊坡工程地質(zhì)模型確定的基本依據(jù)是邊坡的工程地質(zhì)條件。孫玉科等對于邊坡工程地質(zhì)模型的研究具有一定代表意義。1987年明確提出了邊坡變形的常見五大模式:金川模式

36、(反傾邊坡)、鹽池河模式(水平層狀上硬下軟)、葛洲壩模式(水平薄層狀軟硬相間)、白灰廠模式(水平厚層狀軟硬相間)以及塘巖光模式(順傾薄層狀結(jié)構(gòu))。這幾種模式歸納起來也就是反傾邊坡、水平層狀邊坡、順傾層狀邊坡3種形式。對于邊坡來說，這是3種常見的邊坡工程地質(zhì)模型，但是它們代表不了邊坡工程地質(zhì)模型的全部。但對邊坡破壞實(shí)例的分析以及前人研究工作的基礎(chǔ)上，把邊坡的工程地質(zhì)類型歸納為兩類。一類是有明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型，一類是無明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型。前者包括孫玉科所提出的5種邊坡模式，同時(shí)包括了滑坡體及由基巖和厚的覆蓋層(風(fēng)化殼)組成的邊坡;后者主要有均質(zhì)土坡和無明顯控制性結(jié)構(gòu)

37、面的巖質(zhì)邊坡。很顯然，這兩類邊坡在動力作用下的變形穩(wěn)定性情況將會有顯著差異。4.3邊坡動力破壞形式的確定根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)模型，可以確定邊坡變形破壞的形式。1980年李鐵漢根據(jù)滑動面的形態(tài)、數(shù)目、組合特征以及邊坡巖體破壞的力學(xué)性質(zhì)，將邊坡變形破壞劃分為5類，每類中又分若干亞類:曲面滑動，又分為圓弧形滑動和非圓弧形滑動;平面滑動，又分為無拉裂面平面滑動和有拉裂面滑動;雙平面滑動，又分為異向雙平面和同向雙平面滑動;多平面滑動，又分為一般多平面滑動和階梯狀滑動;傾覆破壞。這五種形式實(shí)際上就是曲面滑動、平面滑動以及傾覆破壞三種，這種關(guān)于邊坡變形破壞形式的分類主要是針對靜力問題分析的，沒有考慮邊坡遭受動

38、力荷載下變形破壞的特點(diǎn)。實(shí)際上，對于某些特殊邊坡特別是壩坡和黃土邊坡，在動荷載作用下由于孔隙水壓力的累積作用，將會發(fā)生塑性流動和液化流滑。薛守義在考慮了動荷載作用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將邊坡的變形破壞形式分為滑動型、崩塌型、塑性變形破壞、層體彎折四大類，各大類之下又分為若干亞類。但是，他卻把塑性流動和液化流滑塑性變形破壞歸納在崩塌型大類之下，這是不合適的。在薛守義的基礎(chǔ)上，祁生文對邊坡的變形破壞類型重新歸納，如表4-1所示。 表4.1變邊坡破壞類型類型基本型巖體結(jié)構(gòu)條件亞類動荷載作用下的特點(diǎn)滑動型變性破壞主要沿某滑動面進(jìn)行?；瑒雍蠡w受擾動較小，可視為剛體滑面往往是巖體中規(guī)模較大的結(jié)構(gòu)面，特別是軟弱的

39、結(jié)構(gòu)面曲面滑動平面滑動楔體滑動均為非蠕變型滑動，可沿多平面同時(shí)滑動，滑動可發(fā)生于很平緩的邊坡崩塌型變性破壞不是沿某滑動面進(jìn)行。變形體受到明顯擾動，甚至分散到分離狀可能發(fā)生于任何結(jié)構(gòu)面類型的邊坡，沒有明顯的整體滑動控制性結(jié)構(gòu)面，但開裂變形明顯受結(jié)構(gòu)面控制落石型松動型崩落型動荷下，巖體開裂極為普遍，崩落多發(fā)生于坡度大于50°的較陡斜坡上塑性變形只產(chǎn)生較大的塑性變形，無明顯滑動面。變形過渡時(shí)，可以整體滑動多發(fā)生于散體邊坡或者被結(jié)構(gòu)面嚴(yán)重切割而無明顯控制性滑面的碎裂結(jié)構(gòu)邊坡中塑性流動液化流滑在動荷載作用下由于孔隙水壓力的積累作用，導(dǎo)致發(fā)生塑性流動或者液化流動層體彎折巖層彎曲傾倒或折裂傾倒彎折

40、潰屈彎折靜荷載彎曲、傾倒等一般具有蠕變性根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點(diǎn)，邊坡的工程地質(zhì)模型控制了邊坡變形破壞的形式。對于有明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型，它們的變形破壞形式?jīng)Q定于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)產(chǎn)狀及與邊坡產(chǎn)狀的組合關(guān)系。王存玉的振動模型實(shí)驗(yàn)表明:在動荷載作用下，順層邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為順層面的滑動;反傾向邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為巖層的傾倒、彎曲和彎折;巖層水平邊坡則主要在頂部和斜坡面附近的巖層產(chǎn)生拉開、拉裂和層間錯動，首先是沿垂直于或斜交于層面的節(jié)理、裂隙等軟弱部位巖層被拉開，其次是完好的巖層被拉斷、開裂并產(chǎn)生層間錯動。己經(jīng)發(fā)生過滑坡的邊坡以及由基巖和厚覆蓋層組成的邊坡，在動荷載作用下

41、的破壞形式將表現(xiàn)為滑坡體沿既有滑面或者覆蓋層沿基巖頂面的滑動，而且由于孔隙水壓力的累積作用可能會導(dǎo)致塑性流動和液化流滑。對于那些無明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡，例如，壩坡在動荷載作用下的變形破壞形式不僅有沿滑面(平面的或者圓弧形)的永久位移，也須考慮由于孔隙水壓力的累積作用可能導(dǎo)致的塑性流動和液化流滑。對于那些節(jié)理裂隙發(fā)育，但沒有明顯控制性結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，則需要利用空間精測線測量的方法，測量節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀，然后利用赤平極射投影的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，作出節(jié)理裂隙的極點(diǎn)圖和等密圖，判讀出該邊坡發(fā)育的節(jié)理裂隙優(yōu)勢組數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對邊坡的破壞形式可分下面4種情形進(jìn)行判斷。(1)結(jié)構(gòu)面在極點(diǎn)圖上近均勻分布，

42、邊坡巖體結(jié)構(gòu)近乎散體結(jié)構(gòu)，這種情形下，邊坡的可能破壞形式為曲面形狀。(2)只有一組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向基本一致，傾角小于邊坡角，則邊坡的可能破壞形式為平面形狀，數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為式(2-1)的簡單判據(jù): （4.1）式中:為邊坡坡腳;必為結(jié)構(gòu)面的傾角;為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角(3)具有多組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，邊坡的破壞形式可按J N Mankland的方法進(jìn)行簡化判斷。J N Mankland方法是基于一個(gè)簡單的破壞條件:兩組結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與邊坡面一致，楔形破壞體的組合交線在坡面出露，其傾角小于坡腳，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度只考慮內(nèi)摩擦角，認(rèn)為 小于組合交線的傾角時(shí)，邊坡可能發(fā)生楔形體破壞。數(shù)學(xué)表

43、達(dá)式可寫為式(2-2 )的判據(jù): （4.2）式中：為結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角。(4)只有一組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，但結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向相反，則邊坡可能發(fā)生傾倒形式的破壞。由于式(4.1)、式(4.2)兩式?jīng)]有考慮結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力C。，而且也沒有考慮地震慣性力及其他因素的影響，因此它只是邊坡發(fā)生平面破壞形式和楔形體破壞形式的巖體結(jié)構(gòu)條件，具體的穩(wěn)定性判斷則要進(jìn)行定量分析。在考慮以上因素的基礎(chǔ)上，可以把邊坡的工程地質(zhì)模型及其可能的變形破壞形式歸納為表4.2 。表4.2 邊坡的工程地質(zhì)模型及其可能的變形破壞形式邊坡工程地質(zhì)模型明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡無明顯控制結(jié)構(gòu)面的邊坡水平巖層邊坡順層邊坡巖層改造邊坡滑坡改造

44、邊坡基覆結(jié)構(gòu)邊坡均質(zhì)土坡散體巖質(zhì)邊坡邊坡變形主要破壞類型垂向拉裂和層間錯動沿著層面錯動傾倒彎曲彎折潰屈沿既有滑坡面滑動、塑性流動和液化流滑沿基覆界面滑動、塑性流動和液化流滑曲面或者平面滑動、塑性流動和液化流動曲面滑動、楔形體動、崩塌型4.4邊坡動力失穩(wěn)機(jī)制地震對邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積效應(yīng)和觸發(fā)效應(yīng)兩個(gè)方面。前者主要表現(xiàn)為地震作用引起邊坡巖體結(jié)構(gòu)松動、破裂面、弱面錯位和孔隙水壓力累積上升等。后者則主要表現(xiàn)為地震的作用造成邊坡中軟弱層的觸變液化以及使處于臨界狀態(tài)的邊坡瞬間失穩(wěn)。胡廣韜提出了邊坡動力失穩(wěn)機(jī)制的坡體波動振蕩加速效應(yīng)假說。他認(rèn)為自然界孕育、發(fā)生的地震所產(chǎn)生的地震波雖然強(qiáng)弱不同，作用不

45、一，但對任何斜坡都有影響。當(dāng)天然斜坡處于或接近于極限平衡狀態(tài)時(shí)，地震產(chǎn)生的慣性力會激發(fā)滑坡體驟然而迅猛的下滑，出現(xiàn)啟程劇動，產(chǎn)生“啟程劇發(fā)速度”，并把這種效應(yīng)稱之為坡體振蕩加速效應(yīng)。但是他忽略了地震過程中導(dǎo)致的孔隙水壓力增大以及累積作用所產(chǎn)生的巨大影響。實(shí)際上，在強(qiáng)烈的余震作用下邊坡會產(chǎn)生兩種作用:地震慣性力的作用;地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力的迅速增大和累積作用。這兩種作用使得邊坡沿著某一滑動面的下滑力增大，抗滑力減小。同時(shí)對于一些土質(zhì)邊坡，由于孔隙水壓力的作用而出現(xiàn)液化流滑，產(chǎn)生很大的永久位移，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。這就是說，地震慣性力的作用和地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力作用是導(dǎo)致邊坡動力失穩(wěn)的根本原因，

46、至于是這兩個(gè)因素哪個(gè)起決定作用，則視具體條件而定。對于不同的邊坡破環(huán)類型，導(dǎo)致邊坡動力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同，一般來講，塑性流動失穩(wěn)破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用引起，崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定作用，而對于滑動型破壞則一般是兩種因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)?shù)卣鹪诤导净蛟谟昙緞傞_始時(shí)發(fā)生，一般斜坡地區(qū)因坡體比較干燥，地下水位較低，地震時(shí)受地下水的影響不大，滑坡產(chǎn)生的機(jī)制主要是地震慣性力的作用。雨季或融雪時(shí)發(fā)生的地震，由于斜坡土體飽水，地下水位較高，裂隙也可能被水充滿，地震時(shí)在慣性力的作用下，孔隙水壓力將會增大和累積，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性大幅度降低。1976年8月四川松潘一平武地震時(shí)，草原附近

47、斷層破碎帶中的滑坡就是與孔隙水壓力的累積上升有關(guān)。當(dāng)?shù)叵滤宦癫睾軠\，斜坡坡腳出露飽水的松散砂層時(shí)，由于地面強(qiáng)烈振動，孔隙水壓力急劇增加，砂層液化而導(dǎo)致上覆層滑動。這時(shí)可以認(rèn)為滑坡的產(chǎn)生主要是孔隙水壓力的增加、砂層液化、抗剪強(qiáng)度下降造成的。很多時(shí)候，邊坡在地震期間并不發(fā)生失穩(wěn)，而是在震后很長一段時(shí)間內(nèi)邊坡失穩(wěn)，通常稱之為后發(fā)型滑坡。后發(fā)型滑坡破壞的根本原因在于強(qiáng)震過程中，由于邊坡坡肩的端部效應(yīng)，使得地震加速度在坡肩部位急劇放大，造成瞬時(shí)拉應(yīng)力，在邊坡的坡肩一定范圍內(nèi)產(chǎn)生弧形裂縫，這種裂縫雖然沒有導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn)破壞，但它導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性的降低(地震的累積效應(yīng))。由于邊坡土石松動開裂，為震后雨水的

48、入滲創(chuàng)造了條件，從而可能導(dǎo)致邊坡地下水徑流發(fā)生變化，邊坡巖體力學(xué)參數(shù)降低、震后水的軟化作用以及孔隙水壓力共同作用的結(jié)果。綜上所述，地震邊坡失穩(wěn)的根本原因是地震慣性力和地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力共同作用引起的。不同的邊坡破壞類型，導(dǎo)致邊坡動力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同，一般來講，塑性流動失穩(wěn)破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用引起，崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定作用，而對于滑動型破壞則視具體條件而定。對于后發(fā)型邊坡失穩(wěn)，則是由于地震的累積效應(yīng)導(dǎo)致邊坡巖體力學(xué)參數(shù)的降低，最終導(dǎo)致了邊坡的失穩(wěn)破壞。第五章 邊坡的穩(wěn)定分析5.1工程概況研究區(qū)位于貴州省東南部，與廣西壯族自治區(qū)接壤，東接廣西三江侗族自治

49、縣，南鄰廣西融水苗族自治縣和環(huán)江毛南族自治縣，西連荔波、榕江兩縣北靠黎平縣，是重要的交通樞紐通道。研究邊坡位于國道G321線K890+242K890+426段右側(cè)，邊坡前緣約45m處發(fā)育一條四季常流的河，該河為都柳江，系珠江水系，流量及水位受季節(jié)性影響較大場區(qū)位于緩陡剝蝕的中低山地貌區(qū)，場區(qū)高程在173.00283.00m，相對高差約110m，邊坡后壁較陡，坡度角呈20°40°傾斜，邊坡前部為陡坡坡度角呈45°53°傾斜。實(shí)測邊坡體后緣高程為283.70m，前緣高程173.30m相對高差110.40m。坡向與巖層傾向反向，該邊坡在2005年進(jìn)行了邊坡治理

50、08年06月發(fā)生局部垮塌破壞，破壞面均為裸漏的巖體，其破壞巖體節(jié)理裂隙發(fā)育垮塌主要原因是由于大氣降雨及邊坡上部地表水的滲入使得巖體自重增大及摩阻力降低，邊坡局部破壞見圖5.1、圖5.2.圖5.1 巖體破壞圖5.2 破壞邊坡5.2巖體結(jié)構(gòu)面幾何特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析 邊坡破壞面巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，存在大量可能失穩(wěn)的塊體，坡面不規(guī)則見圖5.1。邊坡破壞后對邊坡裸漏的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。對邊坡破壞區(qū)裸漏巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，首先對破壞區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面間距、傾向、傾角及跡線長度的量測，由于邊坡坡度較陡及現(xiàn)場條件限制選取了最適合量測區(qū)域，測量數(shù)據(jù)見表5.1表5.4。應(yīng)用結(jié)構(gòu)面分布概型選取和統(tǒng)計(jì)

51、參數(shù)的原理和方法，對測區(qū)結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)各測區(qū)的實(shí)測資料繪制出了極點(diǎn)投影等密度圖，見圖5.3圖5.5玫瑰圖見圖5.6及各組結(jié)構(gòu)面幾何參數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖，見圖5.7圖5.10。 表5.1 結(jié)構(gòu)面間距資料（m）0.00110.00130.00140.00210.00220.00280.00340.00120.00150.00170.00250.00280.00340.00350.00350.00370.00390.00410.00430.00450.00450.00360.00380.00410.00430.00450.00470.00490.00510.00530.00540.00550.00560.00580.00610.00470.00510.00520.00570.00640.00680.00750.00130.00150.00280.00350.00470.00640.00840.00780.00810.00830.00840.00890.00930.01020.00640.00680.00740.00