地震作用下巖質邊坡傾倒破壞探討

曾憲靜

摘要：對于陡傾層狀巖體邊坡，其經常發生傾倒破壞，根本原因都是地震導致的。為了保證工程的施工質量，結合相關的塊體極限平衡理論，針對巖塊長細比較大的情況，對巖質邊坡傾倒破壞情況進行分析，同時對于一些簡單的反傾邊坡，分析其在地震作用下發生傾倒破壞的情況，詳細闡述問題發生的環節和解決措施，在此基礎上，總結出了處理這類問題的巖塊間法向力、破壞模式轉變點，坡腳剩余下滑力計算公式等，希望給有關人士一些借鑒。

關鍵詞：地震作用；巖質邊坡；傾倒破壞

在進行一些工程施工中，會遇到傾倒破壞是陡傾層狀巖體，在實踐中容易發生變形破壞，在地表臨空附近的坡體淺位置發生的概率較大。在實踐中發現無論是在人工邊坡中，還是自然邊坡都容易發生傾倒破壞問題。例如在山區的高速公路工程中，在水利水電工程中，在露天礦開采中，都有可能發生。下面就結合工程實例，分析其發生的原因，總結處理措施。

1地震作用下巖質邊坡傾倒破壞探討

1.1對連續分析法的分析

在研究中發現，如果節理的間距t減少到無限小，也就是說巖塊的長細比為h/t→∞，對于巖塊而言，就可以視為寬度dx微分體，為了方便理解，特附圖1所示，結合相關人員的研究分析，提出了極限平衡的方程，這樣就能推導出在地震荷載作用下，巖塊極限平衡的微分方程，再結合相關的邊界條件，利用積分對其進行合理的解釋。

上圖就是邊坡的幾何圖形，從中不難看出，邊坡被破壞掉面的基線，以及邊坡表面的形狀不是固定的，可以是任意形狀的，為了對其做進一步分析，可以分別用y_s（x）和Y_b（x）表示。在分析的過程中，假設巖塊底面垂直于節理，而其破壞面的基線，都是由很多個小臺階構成的。為了有效對這一問題進行分析，建立坐標系，要求X軸與Y軸分別和節理垂直，和節理平行。然后再根據相關的理論分析，第—理論，對于陡傾裂隙面，一定要符合極限摩擦平衡的條件。第二理論，對于巖塊之間的作用力而言，其所在的作用點一定要在巖塊界面的最上端，只有這樣才能保證最終的質量要求。

1.2分析相關的力學模型

通過上述情況的假設，建立一個研究模型，在地震的作用下，實際的邊坡傾倒力學模型。

在該模型當中，是以M點作為轉軸，在地震作用下，就可以得出i巖塊的力矩平衡方程為（p+dp）（h+dh）-p（h+dy_d/dX）dx+ptan θdx=（Wisina+kWicosa）b/2+

（kWisina+kWicosa）h/2+（kWisina-Wicosa）dx/2.在該公式中，P、P+dP分別是巖塊在巖塊上作用的法向力，而h作為巖塊的高度，對于k而言，其是地震的影響系數，a是陡傾裂隙法向視傾角。業內人士都知道，巖塊重力Wi=yhdx，然后略去高階無窮小，將該函數代入到上式中，就可以得到dp/dx+l/h（dy_s/dx+tan θ₁）P=1/2 rhsina+1/2kyhcosa。以此為基礎，就可以得到在極限滑動平衡條件下巖塊底部的正應力和切應力。

1.3分析辨別失穩模式的方法

2分析相關的實例

上述就描述了連續性方法的基本情況，分析了在地震作用下，對開挖的邊坡進行分析，如下圖所示，其破壞面的基線已經穿過坡腳，之間的傾角用θ表示，有利于以后的分析工作，在此基礎上，建立一個坐標系，具體情況如圖3所示，

OX軸垂直于節理傾向，也就是α=900-η。就可以得到坡面函數和破壞面基線函數，計算出巖塊的高度。

2.1對解析分析法的論述

從以上的公式中可以得出，其結合邊界的條件為x=0，p=0，就可以計算出坡頂AB段的傾倒破壞時陡傾節理法向力，在計算過程中發現，如果陡傾節理視傾角α和地震影響系數k不能滿足公式，那么這個平面滑動就會被破壞掉，在這種情況下，問題就變得簡單，通過公式就可以計算BC段巖塊底部的正應力和剪應力。而在地震荷載作用下，如果這個巖塊出現傾倒破壞，當ψ<ψ_i，在坡腳位置的巖塊，其法向力如果等于0，就表示該邊坡長期都是極限平衡的狀態，如果ψ>ψ_i，在公式中指數為負值，那么在x到L的時候，這一段巖塊的法向力就會向無限大發展，但是這種情況不滿足實際情況。由此可見，這就肯定會存在一點x_T，x_T就是邊坡由傾倒破壞轉變成滑動破壞的轉變點。除此之外，還存在ψ<ψ_i，ψ>ψ_i，ψ=ψ_i，三種情況。通過以上的分析可以得知，在地震的作用下，其能夠有效改變反傾邊坡的破壞模式，在地震影響系數不斷增大的情況下，邊坡的破壞情況，開始從傾倒向滑動破壞發展，進而變為整體的滑動破壞，其造成的后果是非常嚴重的。除此之前，當工程的邊坡出現傾倒一滑動問題后，在函數公式中，如果k值開始不斷的增大，其轉變點就會不斷向后移動，在此基礎上，滑動前面的范圍就會增大，綜上所述，由于地震的作用，在實際工程中，其對邊坡傾倒的穩定性有非常大的影響，在k值不斷增大的前提下，坡腳剩余的下滑力也會不斷增大，如果在邊坡設計過程中，在抗震方面有要求，在實際設計時，不僅要分析邊坡傾倒的穩定性，也要同時對地震情況進行分析。

總結：通過以上對地震作用下巖質邊坡傾倒破壞探討，發現在設計過程中，要對地震情況多加考慮，而且結合其設計要求，實際情況，以及條件的不同，要做好設計工作，使用連續分析法，建立數據模型等，如果巖塊的長細比在20以上，使用的顯式解析法精度很高，有利于對反傾邊坡的破壞模式進行分析。