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1、地震作用下顺层岩质边坡稳定性的拟静力分析_李维光25卷山 地 学 报Vo.l25,No.2pp184～189 2007年3月JOURNALOFMOUNTAINSCIENCEMar.,2007文章编号:1008-2786-(2007)2-184-06地震作用下顺层岩质边坡稳定性的拟静力分析李维光1、2,张继春1(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;2.四川师范大学草堂校区,四川成都610072)摘 要:通过对顺层岩质边坡的受力分析,应用极限平衡理论和Mohr-Column准则,按照Bishop关于边坡稳定性安全系数的定义,推导出在爆破震动载荷作用下,用于判别顺层岩质边坡稳
2、定性的计算方法。研究结果表明垂直向下、水平指向坡外的爆破荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性影响最大,尤其是后两者;水平指向坡外、垂直向下爆破荷载拟静力系数分别与边坡稳定性安全系数间呈负指数关系和S曲线关系;从动荷载拟静力系数0起,爆破震动水平指向坡外、垂直向下动荷载拟静力系数每增加0.05,有层裂长度的顺层边坡安全系数分别减少7.79%～10.67%、1.28%～1.98%,无层裂的顺层边坡安全系数分别减少7.61%～10.55%、1.47%～2.29%。同时,爆破震动产生的层裂长度、边坡长度以及联合爆破荷载的方———————————————————————————————————
3、————————————向对顺层边坡稳定性也有影响。关键词:拟静力法;顺层岩质边坡;爆破震动;安全系数中图分类号:TU457文献标识码:A 顺层岩质边坡在水电、露天矿山、公路、铁路等建设中经常遇到,且通常采用钻眼爆破法开挖施工。爆破震动作用下的顺层岩质边坡稳定性研究,日益受到国内外许多学者和工程技术人员的广泛重[1-5]视。爆破震动对顺层边坡稳定性的影响一是由于爆破荷载的反复作用,导致岩体结构面力学参数降低;二是爆破震动引起的震动惯性力可能导致坡体整体下滑力加大,甚至动力失稳;三是爆破作业形成新坡面,改变了原有地形及覆盖层与边坡角的约束条件。震动惯性力的大小常采用拟静力荷载,按照极限
4、平衡理论为基础的条分法或弹塑性为基础的[6-7]数值计算法分析评价顺层岩质边坡稳定性,但这些方法都未解决爆破的震动特性和岩层的回响特性问题。本文采用极限平衡理论为基础的条分法。Ui、重力Wi、作用于质心的爆破水平动荷载KhiWi(Khi为水平动荷载拟静力系数)和垂直动荷载KviWi(Kvi为垂直动荷载拟静力系数)、表面的水平卸荷载Qhi和垂直卸荷载Qvi、左侧和右侧的平均孔隙水压力Vi和Vi+1、左侧和右侧的传递力Ei和Ei+1。根据平衡条件,则平行于第i条块底———————————————————————————————————————————————边、垂直于底边的力平衡方程有1
5、顺层边坡稳定性的判别方法沿潜在岩质滑坡体的纵向,将其划分为n个垂直条块,其中第i个垂直条块的受力如图1所示。底部的法向力Ni和切向力Ti以及平均孔隙水压力收稿日期(Receiveddate):2006-07-09;改回日期(Accepted):2006-12-25。作者简介(Biography):李维光(1964-),男,西南交通大学在职博士研究生,四川师范大学从事岩土工程、安全工程方面的教学和科研工作,教授。[LiWeiguang(1964-),male.DoctoratecandidateofSouthwestJiaotongUniversity.Majorinsafetyengi
6、neering,geotechnicalengineeringmiversity,rofessor.w@m]图1 第i条块的作用力分析Fig.1 ActingforcesanalysisonIthsilence第2期李维光,张继春:地震作用下顺层岩质边坡稳定性的拟静力分析185(Qvi+KviWi-Wi)sinαTi+Ei+(Vi-Qhi-i+KhiWi-Vi+1)cosα0(1)i-Ei+1cosαi+1=(Qvi+KviWi-Wi)cosαNi+Ui+(Qhi+KhiWii++Vi+1-Vi)sinα0i-Ei+1sinαi+1=根据边坡稳定性安全系数的定义————————————
7、———————————————————————————————————Fs=τTf/[8]式中T、τf分别为沿整个潜在滑移面的总下滑力(Mpa)、总抗滑力(Mpa)。由摩尔-库仑准则知τCi(li-li0)+Nitanφ(4)fi=i式中 li、li0、Ci、φi分别为第i条块底部长度(m)、层裂长度(m)、粘结力(Mpa)、内摩擦角(°)。将式(1)、(2)、(4)代入式(3)并整理得(2)(3)∑{Ci(li-li0)+[(Wi-Qvi-K
