巖質(zhì)邊坡楔形破壞

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1、第一章緒論1.1引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利建設(shè)，交通運(yùn)輸和國(guó)防工程等建設(shè)工程中所遇到的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題也相應(yīng)地增多。由于工程建設(shè)的需要，往往在一定程度上破壞或擾動(dòng)原來(lái)較為穩(wěn)定或巖體而形成新的人工邊坡，誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題。巖質(zhì)邊坡滑坡作為地質(zhì)災(zāi)害中一個(gè)十分突出的問(wèn)題，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)部門(mén)帶來(lái)了嚴(yán)重的干擾和損失。1993年三峽庫(kù)區(qū)巫溪縣南門(mén)巖體崩滑造成200余人喪生。2000年彭水縣山體滑坡造成70余人喪生。2004年12月11日，雨臺(tái)溫高速公路柳市附近突發(fā)大面積山體滑坡事故?；碌纳襟w高約100m、寬約70m.甫臺(tái)溫

2、高速公路70余米的路段完全被滑落的大石封死，致使溫州大橋白鷺嶼至樂(lè)成鎮(zhèn)一段的高速公路雙向車(chē)道全部癱瘓。地震作用誘發(fā)的邊坡滑動(dòng)和坍塌也是常見(jiàn)的災(zāi)害之一。特別是在山區(qū)和丘陵地帶，地震誘發(fā)的滑坡往往分布廣、數(shù)量多、危害大。我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，西部地區(qū)又是地中海一喜瑪拉雅地震帶經(jīng)過(guò)的地方，是亞歐大陸最主要的地震帶，也是我國(guó)地震活動(dòng)最活躍的地區(qū)，因地震而導(dǎo)致的滑坡災(zāi)害非常嚴(yán)重。大量崩塌與滑動(dòng)主要發(fā)生在多震的西部地區(qū)，而這些地區(qū)正是我國(guó)的水電能源和各種礦產(chǎn)資源的主要蘊(yùn)藏地。隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，將加速對(duì)西部地區(qū)水電、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、及公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，愈來(lái)愈多的工程(如水電

3、、礦山、能源、核廢料儲(chǔ)存及溶質(zhì)運(yùn)移)都建設(shè)在巖體之上，幾乎所有的土木工程建設(shè)都涉及到邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定問(wèn)題。在大多數(shù)巖體力學(xué)問(wèn)題的研究中，都假定巖體在外力作用下是靜止的，所以，考慮問(wèn)題的角度也一般是從靜力學(xué)角度出發(fā)，其結(jié)果與實(shí)際情況不盡相符，往往對(duì)結(jié)果作一些折減。通常，在許多實(shí)際情況中，荷載常具有動(dòng)力特性，如上所述的地震滑坡災(zāi)害等，沿用靜力學(xué)的原理和方法來(lái)求解這類問(wèn)題，結(jié)構(gòu)的動(dòng)載特性無(wú)法反應(yīng)出來(lái)，這顯然是不合適的。例如，在地震作用和影響下，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定;隧洞圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的安全;筑造在巖層中的導(dǎo)彈發(fā)射豎井能否繼續(xù)使用;修建大型水庫(kù)以后是否存在誘發(fā)地震的可能性，以及在誘發(fā)地震一旦發(fā)生

4、時(shí)，大壩及庫(kù)區(qū)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定等。在水利水電、露天采礦、能源及交通等工程領(lǐng)域巖質(zhì)邊坡出現(xiàn)得越來(lái)越多，這些巖質(zhì)邊坡往往是工程中的控制性項(xiàng)目，關(guān)系工程進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益，甚至工程成敗。因此，安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理地分析巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性并進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)，其意義就越發(fā)顯得突出。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是重中之重。1.2巖質(zhì)邊坡楔破壞定及邊坡動(dòng)力問(wèn)題研究現(xiàn)狀楔體理論（WedgeTheory）是石根華博士與R.E.Goodman于1982年通過(guò)研究塊體理論提出來(lái)的。1985年，石根華博士與R.E.Goodman教授合著了《塊體理論及其在巖體工程中的應(yīng)用》（BlockTheoryAndItsAp

5、plicationToRockEngineering）一書(shū)。塊體理論自提出以來(lái)一直受到國(guó)內(nèi)外科研人員與工程技術(shù)人員的重視。楔形體破壞在工程實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生。如高度為300m左右的大冶露天礦邊坡，邊坡巖體巖石堅(jiān)硬，巖體結(jié)構(gòu)基本上屬于完整結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性理應(yīng)較高，但由于受斷層切割，局部形成了楔形塊體，并出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，三峽工程地下廠房尾水出口邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員先后確定了大量可能下滑的楔形巖塊。這些由在片麻巖花崗巖內(nèi)發(fā)育的幾組節(jié)理組成的不穩(wěn)定塊體，楔體方量從幾十方到幾千方不等。MononobeHA等最早從變形體的角度研究了土質(zhì)邊坡的動(dòng)力特征，并第一次提出了一維剪切楔法的模型，開(kāi)創(chuàng)了剪切

6、楔法分析邊坡地震反應(yīng)分析的先河(Mononobeetal.,1936)。然而，直到20年后，由于Karnataka和Ambraseys的工作，這個(gè)模型的意義才被人們重新認(rèn)識(shí)并得到工程界的認(rèn)可。后來(lái)的很多學(xué)者對(duì)一維剪切楔法進(jìn)行了改進(jìn)，把剪切楔法推廣到二維三維。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，通過(guò)參數(shù)研究來(lái)闡明諸如峽谷集合幾何變形，材料不均勻性等因數(shù)的重要性，進(jìn)而產(chǎn)生了幾種改進(jìn)分析模型。一般認(rèn)為，動(dòng)力荷載對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要是由于動(dòng)荷載引起的慣性力和因循環(huán)退化引起的剪應(yīng)力降低，導(dǎo)致邊坡整體下滑力加大，降低了邊坡的安全系數(shù)。因此將動(dòng)荷載下邊坡失穩(wěn)分為：慣性失穩(wěn)（InenialInstabi

7、lity）和衰減失穩(wěn)（WeakellingInstability)，爆破造成邊坡的失穩(wěn)一般屬于慣性失穩(wěn)。目前邊坡動(dòng)力分析方法主要還是基于極限平衡理論和應(yīng)力變形分析。慣性失穩(wěn)常采用的分析方法有：擬靜力法（PseudostaticAnalysis),Newmark滑塊分析法(NewmarkslidingBlockAnalysis）、Makdisiseed的簡(jiǎn)化分析法，地震邊坡的概率分析方法及有限元方法。而衰減失穩(wěn)常采用：流動(dòng)破壞分析法（FlowFailurAnalysis）和變形破壞