含有软弱结构面的岩质边坡稳定性分析

1 前 言

岩质边坡工程的稳定分析历来是工程界和学术界最为关注的重大课题，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性的不连续结构面(比如层面节理裂隙软弱夹层岩脉和断层破碎带等)，这就给岩质边坡的稳定分析带来了巨大的困难。目前对边坡的稳定分析大多是运用极限平衡法和连续介质力学分析，采用这样的分析方法，其评价结论往往与实际情况相差很远。基于此种情况，本文运用岩土工程中的专业软件Midas GTS采用有限元强度折减法对含有软弱结构面的岩质边坡稳定性进行分析。

2 基于拟静力法的有限元强度折减系数法

在有限元静力稳态计算中，如果模型为不稳定状态，有限元计算将不收敛，基于此原理，在非线性有限元边坡稳定性分析中，通过降低结构面的强度(粘聚力和内摩擦角)，使系统达到不稳定状态，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是边坡稳定安全系数。在强度折减法计算过程中，把土体粘聚力和内摩擦角按如下公式进行折减【1-4】:

在有限元计算中，目前广泛采用的理想弹塑性模型是摩尔-库伦屈服准则，即:，式中I1，θσ，J2依次为应力张量的第1不变量、洛德(Lode)角和应力偏量的第2不变量;c、分别为岩土的粘聚力和内摩擦角。

3 数值模拟

3.1 单元及边界条件选取

本小结采用的数值模拟模型为一个坡高为20m的软岩岩质边坡，存在一条长度为15m的非贯通软弱结构面。

数值模拟时的材料视为理想弹塑性材料，采用摩尔-库伦屈服准则，边界条件为左右两侧水平约束，下部固定，上部为自由边界。边界大小应该计算的精度要求，本算例采用计算边界为:坡脚到左端边界的距离为坡高的1.5倍，坡顶到右端边界的距离为坡高的2.5倍，上下边界总高度为坡高2倍。

表1 岩体物理力学参数

3.2 安全系数计算

A.岩质边坡坡度为45°，软弱结构面与水平面夹角分别为15°、30°、45°、60°、75°。

图1 等效塑性区云图

B.软弱结构面与水平面夹角为 30°，岩质边坡坡度为 30°、45°、60°、75°。

根据有限元软件计算可知边坡安全安全系数分别为2.4375、1.8625、1.5375、1.2875。

4 结束语

(1)对于含有软弱夹层的岩质边坡，软弱夹层对边坡稳定性起着很大的影响，有无软弱夹层的岩质边坡安全系数最多降低18.3%。

(2)含有软弱夹层的岩质边坡，软弱夹层的走向对边坡稳定系数的影响很大，计算表明当软弱夹层与水平面的夹角越接近岩体的内摩擦角时，岩质边坡安全系数就越小。

(3)通过计算比较分析，当软弱夹层与水平面夹角不变时，岩质边坡坡度越大，边坡安全系数越小。

[1]赵尚毅，郑颖人，时卫民，等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报，2002，24(3):343 ～346.

[2]赵尚毅，郑颖人，邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩土工程学报，2003，22(2):254 ～256.

[3]高峰，李俊.地震作用下滑坡的稳定性分析及治理[J].重庆交通大学学报，2011，30(1).

[4]郑颖人，赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡的运用[J].岩土工程学报，2002，24(3):343 ～346.