岸坡巖體穩定性赤平投影法分析

趙德文

赤平投影法是岸坡巖體穩定性分析常用的方法之一,這種方法具有直觀、簡便、快捷的優點,在巖體工程地質力學研究和實踐中得到了廣泛的應用。赤平極射投影方法最早應用于天文學,用于表示星體在太空中的位置及它們之間的角度距離。20世紀80年代,赤平極射投影法開始應用于工程地質學,主要用于岸坡巖體穩定性分析和評價。本文結合工點實例,應用赤平投影法,對岸坡巖體穩定性進行探討分析。

1 巖體不同滑塌形式的赤平投影表示

1.1 赤平投影法原理

赤平投影法主要用來表示線和面的方向、相互間的角距關系及其運動軌跡,把物體三維空間的幾何要素(線、面)反映在投影平面上。赤平投影是以圓球體作為投影工具,其進行投影的各個組成部分稱為投影要素,包括:投影球、赤平面、基圓、極射點。結構面與投影球相交得到結構面的球面投影。通過一個球極向結構面球面投影的圓周各點發出射線,該射線和赤道平面的交點軌跡構成結構面的大圓赤平投影。同樣,可將結構面的法線通過赤平投影得到結構面的極點赤平投影。構造線的極點投影法與結構面的極點投影法相同。構造地質學常采用上極點下半球投影。

1.2 巖體不同滑塌形式的赤平投影

巖體受結構面切割的影響,形成不同的切割錐形體,切割錐形體可能的滑塌形式有墜落、沿單滑面滑動或雙滑面滑動,其滑動方向均指向赤平面以下,故采用下半球投影來分析巖體穩定性。

切割錐形體的重力矢量落在切割錐形體曲底面之內,形成墜落體(見圖1a));反之,不能形成墜落體,只能形成沿單滑面滑動或者雙滑面滑動的滑塌體(見圖1b))。因而墜落體切割錐形體重力矢量的赤平投影也必然落在組成墜落體各結構面所形成的切割錐形體的曲底面赤平投影之內,并位于各結構面之下(見圖1c))。

對于單滑面切割錐形體,其赤平投影由包括單滑面之傾向在內,位于單滑面之上的赤平投影曲邊多邊形組成(見圖2)。

沿雙滑面滑動的切割錐形體,當滑動切割錐形體位于兩滑面之上時,其滑動方向位于兩滑面傾向之間(見圖3a)),而當滑動切割錐形體位于一滑面之上另一滑面之下時,其滑動方向位于兩滑面傾向的同側(見圖3b))。

2 工點工程地質條件

分香溪中橋跨越分香溪河谷,河谷蜿蜒曲折,河岸沖刷光滑,為“V”形谷,河床中部分地段堆積塊石,部分基巖裸露,兩側岸坡陡峻,尤其萬州臺方向,陡坎高約 30 m,宜昌臺方向稍緩,但也形成高2 m～6 m的小坎,交通極不便利,稍緩的山坡植被茂密,為混葉林。地層巖性為灰巖,灰色、灰白色,中厚層～巨厚層狀,弱風化。橋址處于寬緩向斜的北翼,表現為單斜構造,地層產狀:185°～ 190°∠25°～ 30°,發育兩組風化節理,節理不發育 ,巖體較完整。節理產狀:1)120°∠85°,構造節理,節理間距1 m～4 m,延伸長 2.5 m,寬張節理,無充填;2)10°∠85°,構造節理,節理間距1 m,延伸長 5 m,微張節理,無充填。

3 赤平投影法分析與評價

對于各類滑塌體的穩定系數可按下式確定:

直接墜落體:

單滑面:

雙滑面:

其中,αi為單滑面傾角;γij為雙滑面交線的傾角;γi,γj分別為雙滑面交線的法線與pi,pj面法線的夾角。

分香溪中橋宜昌端坡向為 169°∠34°,萬州端坡向為 349°∠63°。岸坡巖體結構面共 3 組,其產狀分別為:180°∠25°,120°∠85°,10°∠85°,節理面摩擦系數均為 0.7,分香溪中橋宜昌端巖體結構面赤平投影如圖4所示。

圖4中,只要考慮坡向線以外塊體的穩定性。即圖中編號為1和13塊體的穩定性。其中塊體1為單滑面,塊體13為雙滑面。由式(2)和式(3)計算可知:k1=1.50,k13=2.4。

分香溪中橋萬州端巖體結構面赤平投影如圖5所示。

圖5中,可以看到巖層的傾向與坡向方向相反,在坡向以外,沒有巖塊體滑動,所以整個岸坡巖體處于穩定狀態。

4 結語

通過分香溪中橋岸坡巖體穩定性赤平投影法評價與分析,可得到如下結論:1)分香溪中橋宜昌端岸坡巖體墜落體 G,單滑面2,3,雙滑面23切割錐形體的投影與岸坡巖體的坡向投影相交,在邊坡面上形成滑塌體,只有單滑面1和雙滑面13切割錐形體出現在岸坡的臨空面上,計算分析可知,單滑面1和雙滑面13滑塌體穩定系數分別為1.5,2.4,處于穩定狀態。2)分香溪中橋萬州端岸坡巖層的傾向與坡向方向相反,沒有滑塌體出現在岸坡的臨空面上,故岸坡巖體處于穩定狀態。

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