考虑节理影响的岩质边坡稳定性分析

姜啸 杨正玉 王威 刘顺青

摘  要：为考虑节理对岩质边坡稳定性的影响，采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立了岩质边坡数值模型，分析了节理长度、节理距离坡趾的水平距离以及节理倾角对边坡稳定性的影响规律。研究结果表明，随着节理长度的增加，边坡的下、上限安全系数逐渐减小;随着节理距离坡趾水平距离的增加，边坡的下、上限安全系数逐渐增加;岩质边坡的下、上限安全系数随着节理角度的增加先减小后增大，減小及增大的幅度与坡角大小有关。研究结果可为岩质边坡的设计提供一定参考依据。

关键词：节理;岩质边坡;稳定性;极限分析

中图分类号：TU441        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）26-0079-02

Abstract： In order to study the influence of joint on rock slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model. And then the influence of the length of the joint， horizontal distance of joint from toe of slope， and joint angle on the rock slope stability is analyzed. The results show that the lower and upper limit safety factors of rock slopes gradually decrease with the increase of the length of joint， and they increase gradually with the increase of the horizontal distance of joint from the toe of slope. The lower and upper limit safety factors of rock slope decrease first and then increase with the increase of joint angle， and the magnitude of decrease and increase is related to the size of rock slope angle. The research results can provide some reference for the design of rock slopes.

Keywords： joint; rock slope; stability; limit analysis

1 概述

岩体通常由岩石和节理裂隙构成，节理裂隙的存在大大影响了岩质边坡的稳定性。含有节理裂隙岩质边坡的稳定性很大程度决定于节理的特性[1-3]，而针对节理对岩质边坡稳定性影响的研究还不够完善。本文采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立了含节理的岩质边坡数值模型，分析了不同节理长度、节理距离坡趾水平长度及节理倾角下的影响规律。研究结果可为含节理岩质边坡的设计提供一定参考依据。

2 有限元极限分析计算模型的建立

本文采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立含节理岩质边坡的分析模型，在模型的左右边界设置水平约束，在模型的底部边界设置固定约束。含节理岩质边坡的计算模型如图1所示。

含节理岩质边坡稳定性计算时，“岩体”及“节理”的本构模型均采用摩尔-库伦模型，具体的计算参数如表1所示。

3 不同节理长度对边坡稳定性的影响

为分析节理长度对岩质边坡稳定性的影响，选取节理距离坡趾的水平长度为1.5m，节理倾角为45°，节理长度分别为2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m，岩质边坡稳定性的计算结果如图2所示。从图2中可以看出，当节理长度从2m增加到14m时，边坡的下限安全系数从2.361减小到1.542，上限安全系数从2.444减小到1.646，减小幅度超过30%。

4 节理距离坡趾长度对边坡稳定性的影响

为分析节理距离坡趾水平长度对岩质边坡稳定性的影响，选取节理长度为10m，节理倾角为45°，节理距离坡趾长度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m，岩质边坡稳定性的计算结果如图3所示。从图3中可以看出，当节理距离坡趾水平长度从0.5m增加到3.0m时，边坡的下限安全系数从1.759增加到1.926，增加幅度约为9.5%;上限安全系数从1.891减小到2.041，增加幅度约为8.0%。

5 不同节理角度对边坡稳定性的影响

为分析节理角度对岩质边坡稳定性的影响，选取节理长度为10m，节理距离坡趾的水平距离为1.5m，节理角度分别为10°、20°、30°、40°、50°、60°，岩质边坡稳定性的计算结果如图4所示。从图4中可以看出，当节理的角度从10°增加到60°时，岩质边坡的下限安全系数先从2.109减小到1.759，而后增加到2.051;上限安全系数先从2.208减小到1.873，而后增加到2.207，可见节理角度对岩质边坡稳定性的影响与其坡角有关。

6 结论

（1）距离坡趾水平长度及节理倾角相同时，随着节理长度的增加，岩质边坡的下、上限安全系数逐渐减小。

（2）节理长度及倾角相同时，随着节理距离坡趾水平距离的增加，边坡的下、上限安全系数逐渐增加。

（3）节理长度及距离坡趾水平长度相同时，随着节理倾角的增加，岩质边坡的下、上限安全系数先减小后增大，减小及增大幅度与坡角大小有关。

参考文献：

[1]杜光勤，鲁志强，汤华.两组节理控制下的公路岩质边坡稳定性分析及防控措施研究[J].应用力学学报，2016，33（1）：150-156.

[2]秦溯，李云安，廖攀.非贯通节理岩体边坡稳定性及破坏规律的数值分析[J].低温建筑技术，2017，39（12）：142-145.

[3]周太全，华渊，宿树波.基于强度折减法的节理岩质边坡支护稳定性分析[J].金属矿山，2009，39（1）：37-40.