邊坡破壞模式

1、摘自我國巖質邊坡變形破壞的主要地質模式一般來說邊坡變形破壞的地質模式應該包括以下主要內(nèi)容 :1、邊坡的基本地質條件，諸如區(qū)域地質背景，巖體結構及巖體介質結構特性，巖體的力學 特性等，它們是決定邊坡變形破壞地質模式的地質基礎或物質基礎 ;2、影響邊坡穩(wěn)定的各種人為動力因素 （地下開采、坡腳切層開挖、爆破震動） 及天然動力因素（ 大氣降雨及地下水狀態(tài)的變化、區(qū)域構造應力特征）;3 、邊坡結構形式 （順傾邊坡、反傾邊坡等 ）;4 、邊坡巖體變形發(fā)展的過程及其特點 ;5 、邊坡的失穩(wěn)破壞方式 .應該指出， 巖體結構、 巖體介質結構以及邊坡結構相互之間既有聯(lián)系又有明顯差別的不同概 念.巖體結構主要決定于

2、巖體中結構面及結構體的組合特征.巖體介質結構則指不同力學性質的巖體在空間的組合特性 .邊坡結構則主要反映了邊坡與巖層產(chǎn)狀之間的空間組合關系.影響邊坡穗定性的因素是多方面的，不但包括邊坡巖體的介質結構、邊坡結構、巖體結構、 區(qū)域性地質背景、 構造應力特征及構造條件等地質因素， 而且包括各種人為的及自然的動力 因素 .這些動力因素主要是地下開采的擾動及坡腳切層開挖、爆破震動及地下水的作用等.地質條件雖然是決定或影響邊坡定性的基礎， 但邊坡的急劇變形或破壞都與各種人為的、 天然 的動力因素，有著密切的關系 .大氣降雨及水庫蓄水是主要的自然動力因素，導致地下水狀 態(tài)的變化，減少了滑面的法向應力，降低了

3、巖體的強度，改變了邊坡巖體的穩(wěn)定狀態(tài).就人為的動力因素來看， 地下開挖顯然有重要的影響， 不但擾動破壞了上復巖體， 且增加了巖體 的滲透性， 對邊坡的變形破壞起到加速作用對于礦山邊坡來說， 爆破的動態(tài)效應對邊坡的穩(wěn) 定亦有重要的影響， 不但直接損害了巖體的完整性， 且在重復爆破條件下， 邊坡巖體可能產(chǎn) 生疲勞破壞，從而加速邊坡破壞的過程 .摘自霍克布朗巖石邊坡工程為了使滑動沿單一平面發(fā)生，必須滿足以下的幾何條件 :a.滑動面的走向必須與坡面平行或接近平行 （約在+-20。的范圍之內(nèi)）。k7。破壞面必須在邊坡面露出，就是說它的傾角必須小于坡面的傾角C。破壞面的傾角必須大于該面的摩擦角d. 巖體中

4、必須存在對于滑動僅有很小阻力的解離面，它規(guī)定了滑動的側面邊界。另 一種可能的情況是，破壞在穿通邊坡的凸出的“鼻部”的破壞平面上發(fā)生。分析二維邊坡問題時，通常是考慮與邊坡面正交的一個單位厚度的巖片。這就是說， 滑動面的面積可用穿過邊坡垂直斷面上可見的滑動線長度來代表，而滑動塊的體積可用在 垂直斷面卜表示該塊體圖形的面積來代表。摘自基于 RS 理論的巖質路塹邊坡穩(wěn)定性研究邊坡變形破壞模式 RS 判定邊坡變形破壞模式的確定，主要分兩步進行 :首先是對邊坡巖體結構類型的確定 ;在此基礎上再進行邊坡變形破壞模式的判定。其主要過程如圖4 一 1 所示。圖4-1邊坡變形破壞模式預測謊程圖4.21邊坡巖體結構

5、模型 RS預測(l)RS預測指標當前，在我國尚沒有統(tǒng)一的巖體結構類型的劃分標準，各部門、各行業(yè)，根據(jù)各自勘察、設 計、施工及研究的需要，提出了各自的巖體結構分類，國外也有不少分類方法。本研究是針對邊坡地質工程模型研究而進行巖體結構類型的劃分，故本文選擇了考慮巖體的地質成因及巖體地質特性的中國科學院地質研究所谷德振教授的分類方法，將巖體結構分為四大類八亞類。在此標準基礎上略作改動，根據(jù)邊坡工程分析的需要，將第m大類中的第2、3亞類并為一類，即共分為 5類，其具體分類標準數(shù)據(jù)見表 4 一 10所示。在選擇了巖體結構類型 劃標準以后，確定待分類巖體的結構類型。其實質上就是把每一類型的標準視作一個標準

6、樣 本，然后將待分類的樣本的實測值與標準樣本進行比較、分析、判斷與哪一標準更接近。因此，巖體結構類型劃分是屬于模式識別問題。當前，迅速發(fā)展的RS模型己在其它領域的模式識別中獲得廣泛的應用，本文把RS理論引入邊坡穩(wěn)定性研究領域，嘗試把 RS理論用于巖體結構類型劃分。S4-10容體結構分英標準巖體結構結構面闔距完整性系數(shù)|結構面首值| /M P a邂單嘲抗壓 SS/Kt P e格體結構>i. o>0. 75存在IV、VS>0.6>60塊狀結構1.0. 75-0.35噸¥為主0.10. 63(W0屋伏結構0.5*-0,4Q.6-0. 3以rvjii為主(k 37 5

7、2040碎翹結構0.47 30.3-0-2vnaiffi 均0.20.4<30懺體結構<0.3<0,2IV、¥密集<0,2<10(2)RS預測模型 根據(jù)RS理論要求，要進行模式判別，首先要確定判別對象的條件屬性和決策屬性。在巖體結構類型論域中的對象根據(jù)條件屬性的不同，被劃分到具有不同決策屬性的決策類。對于巖 體結構而言，決策層有 5個屬性(見表4 一 11)。條件屬性有5個，其特征和 RS表示方法 分別見表412。于是便可得到巖體結構類型標準的 RS預測模型，見表4 一 13，然后，根 據(jù)樣本中各條件的屬性，建立實例的粗糙集模型。表4-11邊坡巖體結構樂

8、型的決策I性表示表U巖體結構決餓屬性1揺體結構L2塊狀結構U3展狀結構III4碎裂結構V5散悴結構V衷4-12巖體結構II性條件RS褰示巖體結構整悴第構塊狀箱構層狀給構i1碑製皓構結構面間距(m>L01.0-0 .500.5-0 3<0.5<0 .3條件廈性301234完搭性系數(shù)>0.750550.60.6-0350.2鐘屬性I01234蠟構面級別存在M 1 VS |以IV” V為主以叭in為主M 1【、【盼勵IV.臨 集條柞鬻性(c>01 q234紿構面C值MPa>0.60.60.50.5-030.3-02<0.2條補屬性(d>0234*單軸抗

9、壓裁BL (MPa)T>6060-2030-10<30<1001234«4-13巖休結杓類型RS預測模型JT號條件屬性g b- 口山s f)抉策屬性倫)ab-cde100000J2111111n32222 '2HI433332JV544443V(3)實例應用根據(jù)文獻13提供的實例(見表4 一 14)，用上述方法建立的巖體結構RS預測模型見表415，具體步驟如下策表簡化以上建立了巖體結構類型RS判別模型。但要進行 RS判別,還須對決策表中的條件屬性進行簡化,鑒別出那些不必要的或者說是多余的條件屬性。去除這些不影響原來的分類效果的屬性過程,這就是求條件屬性的約簡

10、和核，一個決策表可能同時存在幾個約簡，這些約簡的交集就是決策表的核，核中的屬性是分類的重要屬性，求約簡的方法很多，最簡單的就是去除法，即去掉某一屬性，看是否影響整個決策結果。在表415中去掉屬性a后得表4 一 16，從表4 一 16可得:董414巖體結構分類序 號甲均節(jié)理 間距m)兜整性系數(shù)結構面級別結構面C ffi (Mpa)蟲抗壓強 度(MptO分類結黒11.200.80存在IVr vaLO275整體結構20,40O.SO以W、¥為主0.4050烘狀第掏30.S00.55WIV. Ill為主0.4580層 ttiSW410.250.35iv.山圾顯著0.3520層狀第掏50.45

11、0*34V. V密集0.5070拱狀結構6045030iw IE mtasft0.2025妗製站構70.20OJO散體o.l00敢休結構80,45033iv. h. in級發(fā)育0.4470碎裂站習90.65045以iv. in為主03580展狀結構100.250.35IV. II簸顯著03&32層狀結構表4T5實例RS欖型決策義序號條件屬性抉筮屈性'abCdef100000I222121II512220IfT442222nr !5231I0II623332V744443V23320IVI912220|Hl10斗2221in1序號hGdcg11 000021 211 2II322

12、20in42222in53110u63332'iv74443V3320IV今2220in102221m«4-16去掉b石簡化鍛奠蠱序號acdeg10 :000122I2 J1131220in44222Hl52110u62332IV74443VS2二20TV91L20KT104221n*4-t7去障b后簡化塊策表bocodoconf b2cid2ei> fj b灼屯切=> fin b2C2d2ez=> fin b3C|die0=> fii gqdjsn fv 44*3= iv bsGcheon fiv bzGciz 呦=> fm bsdeon fi

13、ii顯然結果之間是協(xié)調的，沒有發(fā)生矛盾，說明屬性a是可以省略的。省略后出現(xiàn)第3行與第9行重復。同理，從4 一 15中分別去掉屬性 b，e, d，e后得表4 一 17 , 4 一 18，4 一 19 ,4 一 20。 顯然，表4 一 174 一 20都是協(xié)調的，因此，屬性b，c，d，e都可以省略。故，該判別模型有多種最小解模式。從表4 一 164 一 20中可以看出去掉屬性 e后出現(xiàn)的冗余最多，因此，由該簡化后的決策表所得的是該判別模型的最小解。由表4 一 20消去冗余后得表 421。表4T E去c后匍胚決策衰序號abdeK10000I222211131221 0lil4422 12III523

14、 ''10n6231 32IV74斗二43V82 132：0【V912"2°104221nr序號i abceSi00001r 22r 2廠n311 220Ul44:222ni5 123"l '0ji62331 2IV74 J斗斗1 3V82 r3'30IV9i220ITT104221HIS4-19去掉H后簡化決策表序號abcdg10000I22 '212n31 12 J221nr44"2 '2 '2：in52311ii2"3"5"3IV74444VB2332IVg 11

15、 222HI10百丄'22III«4-20去掉總后商優(yōu)訣策袁；序號abcd81 10廠001 122212113、g12 1"2'2II4、104222III:52311II623r a3EV7 14444r v82丄32袁4-劄 巖體結構判別簡化表決策分析對上述決策簡化表逐一條塊去掉冗余后，得到?jīng)Q策規(guī)則的最終簡化表，如表4一22所示，由此可見，巖體結構主要是受結構面級別控制，只要結構面的級別確定，巖體結構類型就可以確定，并非象以往的判別中需要許多參數(shù)才能確定。*4-22巖體結構判別簡化器序號abcdg1XX0XI2XX1Xn3 1XX 2Xin4I XX3

16、XIV5X X4XV4.22邊坡變形破壞模式 RS判定依照同樣的原理，在巖體結構類型判別后， 就可以結合邊坡工程結構與巖體結構的關系建立不同巖體結構下的邊坡變形破壞RS識別模式，然后進一步判別邊坡變形破壞模式，具體如下：(1) 整體結構巖體邊坡變形破壞模式的RS識別一般說來，整體結構與邊坡工程的關系比較簡單，此類邊坡穩(wěn)定性主要取決于巖體強度，根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，整體結構巖體邊坡變形破壞模式識別網(wǎng)絡如圖4 一 2所示。延性比06圖4述 聚體潔構邊披變形破壞篌氏識別網(wǎng)絡用RS識別模型。具根據(jù)上述網(wǎng)絡圖，就可以得到整體結構巖體邊坡變形破壞模式的體見表4 一 23。« 423整悴結構當體邊坡

17、孌形硫壞RS 1#型條件及決策H性嶷3巖體抗壓背用>5 MPa0<5 MPa1b> H0Jc整體給構A0否1d蠶性比061<0.60條 杵性漸進磧壞 戍坡腳剪 切破壞11圓弧滑動 破壞011L由上表便可以建立整體結構巖體邊坡變形破壞模式RS識別模型，見表4 一 24。實際識別時取若干工程實例，按它們所屬的條件屬性和決策屬性分別輸入Rs模型中，便可得到訓練模型，然后對模型通過約簡、 去余等決策分析后，就可用于模式判別。S4-24整體結構巖體邊坡變形破壞複式RS識別模型序號abcde111110110(2) 層狀結構巖體邊坡變形破壞RS識別模型層狀結構是邊坡中最常遇的巖體結

18、構類型，是一種復雜的結構模式，由其組成的邊坡工程結構也十分復雜。故，該結構是邊坡穩(wěn)定性變形破壞類型最多、原因最復雜的類型。研究表明，影響該結構的邊坡穩(wěn)定性因素有巖性、邊坡結構、巖體強度、巖層產(chǎn)狀和坡高與坡角。其可能產(chǎn)生的邊坡變形破壞模式識別網(wǎng)絡如圖4 一 3所示。利用該識別網(wǎng)絡便可建立層狀結構邊坡變形破壞模型的RS識別模型。見表 4 一 25。我足 圓譏滑吐 順層滑動傾倒破壞結構血水自瑕高tL 姐ita77合爭應D S圖4-3層狀結掏邊坡變形破壞摸式識別網(wǎng)踣4-25層4X結構邊坡變形破壞模玫刖決顎喪A巖性紐舍上炊下酸1j崩弗a梵它0b木平應力大于自更應力1水平位錯1小于白麗應力0c坡高>

19、70m1潰屈2>200m0d優(yōu)勢結絢|小于邊坡荊2側弧滑動3>50°1等于邊坡角0噸壊帯動4e層間強度低于巖體強度1其它0傾倒皎壞5f邊城結構平疊坡0順向坡1逆向坡2g13DC0h巖石強度小于SMPa1大于等于SWPa01延性比大于帑T M1小千0.60(3) 塊裂結構巖體邊坡變形破壞RS識別模型塊裂結構的巖質邊坡，一般而言，穩(wěn)定性較好。受邊坡結構的影響，可能的變形破壞模式主要有楔形破壞和單平面滑動等。塊裂結構巖體邊坡可能變形破壞模式如圖44所示。根據(jù)網(wǎng)絡識別圖便可建立RS識別模型，見表 4 一 26。(4) 碎裂結構巖體邊坡變形破壞模式RS判別模型由碎裂結構巖體組成的邊坡，其穩(wěn)定性一般較差，可能產(chǎn)生的變形破壞模式主要有圓弧滑動和折線滑動破壞，其識別網(wǎng)絡如圖4一 5所示。由此，可以建立碎裂結構邊坡破壞模式的RS判別模型，見表4 一 27。(5) 散體結構邊坡變