基于能量链致灾演化对道路边坡破坏特性的研究

朱丽丽，高路恒

（1.重庆市勘测院，重庆400020；2.江苏工程职业技术学院，江苏 南通 226007；3.重庆交通大学，重庆400074）

道路边坡的稳定是实现道路及行车安全的基础。地质灾害作用下的边坡失稳破坏已成为我国防灾减灾领域的重要课题，我国相关科研工作者一直致力于道路边坡的设计加固等方面的研究。从道路边坡诱发破坏的本质出发，对边坡失稳进行阶段性研究，分析灾害能量链在介质载体中的传输演化以及介质扰动对边坡失稳破坏的影响，以加强对边坡破坏控制的认识，为道路边坡设计提供参考。

1 能量链演化机理

道路边坡破坏失稳的阶段性是灾害能量链演化的阶段性反应。地质灾害能量在介质载体中的传播演化主要包括能量质点、能量环链、能量破坏面及能量破坏体形成的各个环节，即地质灾害的能量传播演化体现了灾害诱发的阶段性特点，能量链致灾各阶段的形成伴随着能量聚集、耗散及耦合等特性，能量链演化的阶段性是探索道路边坡破坏过程的前提。

能量链的演化体现了“点－链－面－体”的演化关系。地质灾害中能量的传播演化阶段性特性符合突变理论的主要思想，即能量链的形成包括能量质点、能量环链、能量破坏面及能量破坏体等阶段，或者各阶段间总是由能量的量变演化向能量质变演化关系发展。

能量链的演化具有阶段循环演化特性。地质灾害的能量致灾演化可分为灾害的孕育阶段、强化阶段及爆发阶段。灾害的形成以灾害孕育阶段为起点，即能量质点的形成过程；通过能量的量变演化，逐步实现能量演化的强化，即能量环链的形成过程，实现了能量链演化的第一次质变；能量环链所积聚的能量继续聚集，导致能量链的能量进一步壮大，最终演化为能量破坏面（边坡滑动面）或能量破坏体，最终，地质灾害瞬间爆发。

地质灾害爆发后，能量演化并未终止。灾害爆发结束代表能量链已断裂，此阶段能量处于耗散状态，地质变化逐步稳定。但灾害爆发后，还会引起其他次生灾害的发生，此时剩余的灾害能量仍处于介质载体之中，并继续重复能量链的演化过程，体现了能量链演化具有破坏性和循环演化性。

2 能量演化过程对边坡介质的扰动分析

边坡失稳破坏现象是地质灾害中能量链式演化的客观反映之一，边坡介质扰动离不开能量链的演化，能量链的演化是介质扰动的本质原因。

在地质灾害能量演化过程中，介质载体粒子不断的吸收能量，并引起地层开裂，当某一区域的介质粒子产生局部集中位移，并使位移达到了地壳破裂的程度，则导致地壳从开裂扩展到破裂，介质位移形成了一条或若干条滑动面，当滑动面上的介质粒子继续吸收能量使位移进一步扩展，整个地壳将发生剧烈运动，导致地震破坏。从以上分析可以看出，灾害产生的实质是能量演化引起介质载体的不断运动所致。

介质载体的粒子波动不会一直进行，但地震能量的演化过程却是一个持续不断的过程。地震能量在介质载体中不断演化，当地震爆发停止时，能量演变仍在进行，只不过介质载体粒子的位移暂时处于平衡消逝状态。在灾害诱发开始至爆发结束的整个环节中，介质载体对能量的吸收与耗散也是分阶段交互演化的。介质载体位移与地震能量破坏力的作用共存于一体，即破坏力作用于结构，使结构构件产生破坏的同时也在耗散能量，破坏力的产生与能量的耗散同时产生，同时消逝。此时，地震灾害爆发后，灾变能量又将继续在介质载体中聚集与储存，为下一灾害的孕育提供了演化的启蒙条件，即在自然界中各灾害存在恶性循环的关系，边坡失稳的阶段性分析如图1所示。

3 边坡破坏特性分析

道路边坡破坏是边坡下介质颗粒吸附灾害能量而不断产生位移的过程，当介质颗粒吸附的灾害能量超过介质颗粒所能维持的自身稳定状态时，介质将由介质波动、介质位移直至地壳产生较大运动，导致道路边坡局部或整体产生失稳，失稳介质以某种形态的破坏体沿着滑动面产生失稳破坏。

道路边坡的加固设计可根据当地的地质灾害类型、破坏程度及灾害等级等因素，采用有限元软件进行分析，并结合边坡破坏本质的诱因进行强化处理，具体的强化程度各地区不同，主要考虑地质条件（介质形态）进行分析处理。

图1 边坡失稳阶段性分析过程

4 结束语

从能量链致灾演化角度对道路边坡失稳本质诱因进行定性分析，进而强化对道路边坡设计概念的认识，在传统设计思想的前提下，考虑灾害作用下介质载体形态变化对边坡破坏的影响，能够对道路边坡设计、岩土工程等领域发挥作用。

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