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1、层状岩质边坡临界高度极限分析上限解第39卷第1期2007年1月四川大学(工程科学版)JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)V01.39No.1Jan.2007文章编号:1009-3087(2007)01-0044-04层状岩质边坡临界高度极限分析上限解李新坡,何思明,徐骏,王成华(中国科学院成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041)摘要:为了确定层状岩体边坡稳定的临界高度,把层状岩体视为横观各向同性材料,采用抗剪强度随所求方向与层面之间的夹角
2、线性变化的关系,导出了利用极限分析上限定理计算层状岩体边坡临界高度的方法.应用本方法对文中边坡进行了计算分析,结果表明,对算例中的竖直边坡,岩层倾角在48.～7O.时,边坡将发生顺层面的破坏,否则发生切割层面破坏;另外,三峡库区某边坡的计算结果与工程实际相符.该方法可以用于指导层状岩体边坡开挖.关键词:层状岩质边坡;临界高度;极限分析;横观各向同性中国分类号:TU457文献标识码:ACriticalHeightAnalysisforBeddingRockSlopesUsingtheUpper-boundMethod
3、ofLimitAnalysisLIXin-po,HESi—ruing,XUJun,WANGCheng—hua(1nst.ofMountainHazardsandEn~wnment,ChineseAcademyofSci.,Chengdu610041,China)Abstract:TheCriticalheightofbeddingrockslopeisinvestigatedusingthekinematicapproachoflimitanalysis.Firstly,linearequationsareintr
4、oducedtoexpresstheshearstrengthoflayeredrocks,whichistreatedasatrans—vegseisotropymaterial.Then,onecaseofbeddingrockslopeisinvestigatedandcalculationprocedureisdevel—oped.Finally.apracticalslopewascalculatedusingthemethodproposed.Itisf0undthatwhentheinclinatio
5、nan—eofthelayeredrocksisbetween48.and70.,theslopewillfailalongthelayer.Itisconcludedthattheproposedmethodcanbeusedasguidanceforslopeexcavation.Keywords:beddingrockslopes;criticalheight;limitanalysis;transverseisotropy在极限分析理论中,边坡(坑壁)的极限高度(临界高度),是指无支撑边坡(坑壁)由于自重引
6、起破坏的高度¨.虽然这个极限解不能准确给出边坡的自稳高度,但它可以给出竖直边坡未加支撑时所不能超过的最大高度,因此,对指导边坡的开挖有非常重要的意义.极限分析中给出的经典求解竖直边坡极限高度的公式针对的是均质岩土体边坡.而在实际收稿日期:2005—12一o6基金项目:国家自然科学基金资助项目(40572158);组合抗滑结构作用机制研究项目(Y10059)作者简介:李新坡(1978一),男,博士,研究方向:岩土工程与力学.工程中,经常遇到层状岩体开挖形成的边坡.一些学者对层状岩体边坡的稳定性问题进行了探讨,但由于此
7、类边坡问题的复杂性,仍然需要深入研究.文中对如何确定此类边坡的极限高度进行了探讨.1层状岩体不同方向抗剪强度指标的确定与均质岩土体不同,层状岩体的变形和强度特性具有明显的各向异性.层状岩体的层面一般是在沉积过程中形成的,相邻层岩体的强度有较大差异,多见软弱夹层.在力学上,一般可以把这种层状岩体视为横观各向同性材料.】.在层面的任意方向第1期李新坡,等:层状岩质边坡临界高度极限分析上限解45上其弹性性质是相同的,而在垂直层面方向上表现为各向异性.与层面垂直的轴是材料的弹性旋转对称轴,其应力一应变关系可以由5个弹性系数
8、来表征J.在考虑层状岩体的强度特性时,则必须建立相应的破坏准则.对此,张玉军等提出了一种层状岩体抗剪强度随层面夹角改变而变化的经验公式J.作者在此基础上探讨了用极限分析上限法,求解层状岩体边坡无支撑临界高度的计算方法.一般来说,岩体的抗剪强度沿层面方向上具有最低值si,而在垂直层面方向上具有最高值s.当预求抗剪强度方向与层面为任意倾角(见图1)时,岩体抗剪强
