顺倾向层状岩质边坡溃屈破坏分析-论文.pdf

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1、第25卷第1期地质灾害与环境保护Vo1．25，No．12014年3月JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservationMarch2O14文章编号：1006—4362(2014)01—0082—05顺倾向层状岩质边坡溃屈破坏分析刘春香，朱元武(1．徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，徐州221000；2．中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州221008)摘要：针对工程实例，从地质模型抽象出力学模型，计算层状岩体溃屈破坏的极限坡长；采用有限元法模拟溃屈破坏过程，求解溃屈破坏位置

2、。结果与实际情况符合较好，验证了研究方法的正确性。研究为人们认识和治理该类溃屈破坏具有较大的实用价值。关键词：溃屈破坏；临界坡长；顺倾向边坡中图分类号：TU457文献标识码：A1—日LU—舌—一在工程实践中常遇到层状岩体高边坡，由于结构、岩性和影响因素等的不同，这类边坡在失稳时表现出不同的破坏特征。溃屈失稳是层状岩坡典型的破坏形式，边坡在特定条件下是否失稳是工程技术人员最关心的问题，因此进行边坡稳定性评价是工程建设的前提条件]。2研究区工程地质特征图1遗留的张夏组下段中厚层灰岩京沪高铁徐州站是沿线的5个主要客站之一，Fig．1Re

3、mainingmediumandthickbeddedlimestoneof徐州站区范围内地貌类型属丘陵地貌，地形起伏较Zhangxiagroup大，山体最高高程为110．5m，最大相对高差25～62m，山体裸露岩石为中厚层灰岩，局部为浅黄色薄层根据分析得出：①调查区边坡倾向与层面倾向灰岩，由于开山采石，北坡已形成坡度78。的近直立相同，倾角相同，且倾角很陡，近直立；②岩石表层厚陡崖，南坡完好，崖下为遗留的采石宕口。度较薄，容易沿层面下滑。调查区岩层符合溃屈破通过对调查区区域地质条件及了解该位置采石坏的破坏特征，因此调查区岩质边坡

4、的破坏类型主场开山采石的历史可知，调查区所处地层为寒武系要为溃屈破坏。张夏组地层，原采石所开采的为张夏组上段灰色厚层鲕状灰岩、豹皮状灰岩，遗留张夏组下段灰色中厚层鲕状、豆状灰岩(单层厚度0．1～O．3m)(图1)，和溃屈破坏变形分析下部灰色、厚层鲕状灰岩(厚度大于2m)，局部地段3．1破坏机理及过程夹灰色薄板状泥质条带灰岩(单层厚度均小于0．1m)(图2)，山体走向大致240。，倾向330。，倾角较在顺倾向层状岩质边坡溃屈破坏的形成过程陡，约78。～8O。，岩层层面即为坡面。中，在重力和其他一些荷载的作用下，边坡岩体各点的应力状态

5、将不断变化(图3(a))，最主要的有两收稿日期：2013—08—11改回日期：2013-11-2284地质灾害与环境保护两端处挠度都等于零的约束条件：面(0)一0，ca(Z)一0据此，得到一研，(一1，2，⋯)将k一代入(5)式，即可得到所要求的临界荷载的一般表达式T1丌E，r一—一当一1时，所得到的就是具有实际意义的、最小临界荷载计算公式一图4静力平衡分析力学模型Fig．4Analysismodelofstaticequilibrium对于细长杆，这些公式可以写成通用形式F一旦对于两端铰支，承受轴向压缩荷载的细长压杆，肇(“Z)

6、令F无限接近临界荷载F，压杆由直线平衡构形这一表达式即为欧拉公式，其中z为不同压杆转换为与之无限接近的微弯曲构形(图5(a)、(b))，屈曲后挠曲线上正弦半波的长度，为有效长度。从任意横截面处将微弯曲构形下的压杆截开，局部把岩层在坡顶处考虑为铰接，而在坡趾处为固的受力如图5(c)所示。根据平衡条件，得到微弯屈接，其正弦半波长度等于0．7z，如图5(d)所示。因曲构形时的平衡方程：而，按照欧拉理论可得岩层破坏的极限承载力P一(6)M—F面(2)fU．，L、式中，为截面惯性矩；L为边坡的坡长。由上述式(1)、式(6)可得边坡溃屈极限长

7、度：L===[蒹]÷(7)溃屈破坏的稳定性分析即根据该公式计算边坡的临界长度L，把临界坡长与实际坡长进行比较，当实际坡长小于极限坡长时，边坡为稳定状态；当实(a)(b)(c)(d)际坡长大于极限坡长时，边坡为不稳定状态；两个坡图5微弯屈曲构形下的受力与平衡图长相等时，边坡呈极限平衡状态。Fig．5Stressandequilibriumdiagramofbucklingcon将岩壁裸露区中厚层灰岩强度参数代入(7)式figuration得边坡极限溃屈长度。其中弹性模量E一27．84×10。Pa；取其平均由小挠度微分方程，在图示的坐

8、标系中厚度f_0．2m，一，a===78。，一39。：M=-EId2ca(3)LL一一L[——O4—9t'／—cosa(t—ana—-一tan{o)]÷。将(2)式代入(3)式得到：．面===o(4)丌×27．84×10。×]÷这是压杆在微屈曲状态