吳 昊，趙 維，年廷凱，宋懷博，張彥君

（大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024）

1 研究背景

具有層狀結(jié)構(gòu)的沉積巖、變質(zhì)巖廣泛分布于我國(guó)西南高山峽谷地區(qū)，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西南地區(qū)水利水電、高速公路及礦山開采等工程常涉及反傾層狀巖質(zhì)邊坡問(wèn)題，如錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡傾倒變形［1-2］、小灣水電站飲水溝大規(guī)模傾倒破壞［3］、金沙江某水電站壩肩巖體雙面傾倒變形［4-5］、滬蓉西高速公路K323+185～300段反傾邊坡傾倒破壞［6］、貴州開陽(yáng)磷礦反傾斜坡崩塌等［7］。大型傾倒變形體一旦發(fā)生破壞，將產(chǎn)生規(guī)模較大的傾倒型滑坡［8-9］，造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，針對(duì)反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Goodman等［10］首次提出采用基于極限平衡原理的分析方法評(píng)價(jià)反傾層狀巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，陳祖煜等［11］從工程實(shí)用性角度出發(fā)，對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)和簡(jiǎn)化。隨后，部分學(xué)者將傾倒破壞簡(jiǎn)化為懸臂梁彎曲問(wèn)題，并采用極限平衡分析方法評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性［12-14］。雖然，極限平衡分析方法因其原理簡(jiǎn)單在工程中應(yīng)用較為廣泛，但可靠的計(jì)算結(jié)果依賴于對(duì)傾倒破壞機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)，并據(jù)此合理作出簡(jiǎn)化假設(shè)。

物理模型試驗(yàn)?zāi)苤苯佑^測(cè)和記錄巖體的變形、破壞及其發(fā)展過(guò)程，是深入研究巖體傾倒變形破壞機(jī)制的有效手段。左保成等［15］通過(guò)室內(nèi)物理模型試驗(yàn)研究了此類邊坡的破壞模式和影響因素；楊國(guó)香等［16］、劉云鵬等［17］、范剛等［18］通過(guò)大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)探討了其動(dòng)力響應(yīng)特征和破壞模式。基于離心模型試驗(yàn)技術(shù)，Adhikary等［13］對(duì)比研究了脆性與柔性兩類巖質(zhì)的反傾邊坡彎曲形成機(jī)制，汪小剛等［19-20］結(jié)合龍?zhí)端娬咀蟀哆吰聦?shí)例研究了反傾巖質(zhì)邊坡的變形破壞機(jī)理，Zhang等［21］發(fā)現(xiàn)此類邊坡會(huì)產(chǎn)生雙折線的破裂面。相比于縮尺的室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，離心模型試驗(yàn)通過(guò)再現(xiàn)自重應(yīng)力場(chǎng)，可更加真實(shí)可靠地再現(xiàn)傾倒變形破壞過(guò)程，然而反傾層狀巖體的離心模型試驗(yàn)所取得的成果極為有限。

目前，物理模型試驗(yàn)多以塊狀石膏混合物作為相似材料模擬節(jié)理裂隙特別發(fā)育的反傾厚層巖塊式傾倒，而工程建設(shè)中常見(jiàn)厚度較薄的完整巖層彎曲傾倒破壞，這種工況的物理模型試驗(yàn)研究鮮見(jiàn)報(bào)道，對(duì)其彎曲傾倒破壞特征認(rèn)識(shí)不足。此外，薄層反傾結(jié)構(gòu)巖體彎曲變形破壞模式和坡角及巖層反傾角對(duì)其破裂面位置分布的影響探討尚處于空白。

本文以典型地質(zhì)資料為依托，概化反傾層狀巖質(zhì)邊坡幾何模型，以平板玻璃為薄層狀巖層相似材料，開展4組離心模型試驗(yàn)，結(jié)合圖像量測(cè)技術(shù)，研究不同層面傾角和邊坡坡角組合情況下的坡體變形破壞特征，探究這一類邊坡典型變形破壞模式及破裂面位置分布規(guī)律，為深入認(rèn)識(shí)這一類邊坡變形破壞機(jī)制，建立可靠的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法提供參考。

2 試驗(yàn)方案與量測(cè)技術(shù)

2.1 試驗(yàn)裝置采用大連理工大學(xué)GT450/1.4土工鼓式離心機(jī)進(jìn)行離心模型試驗(yàn)。該離心機(jī)鼓槽尺寸為1.4 m（直徑）×0.35 m（豎向?qū)挾龋?.27 m（徑向深度），總?cè)萘繛?50 gt，環(huán)形模型槽的最大轉(zhuǎn)速為875 r/min，此時(shí)環(huán)形鼓槽外側(cè)離心加速度達(dá)到最大值600 g，土工鼓式離心機(jī)構(gòu)造圖如圖1所示。

為解決高清圖像采集及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)問(wèn)題，采用GOPRO HERO4高速運(yùn)動(dòng)相機(jī)，通過(guò)建立無(wú)線局域網(wǎng)直接將高清畫面?zhèn)鬏數(shù)诫x心機(jī)外監(jiān)測(cè)設(shè)備。設(shè)計(jì)了一套土工鼓式離心機(jī)高清圖像采集的模型箱，用于固定高速運(yùn)動(dòng)相機(jī)以及試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為捕捉高清圖像，增設(shè)了LED燈片組裝成的燈光補(bǔ)償裝置，試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b載于離心機(jī)中如圖2所示。

圖1 土工鼓式離心機(jī)構(gòu)造

圖2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b載

實(shí)踐證明即使離心機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到500 r/min，圖像的采集與傳輸依然穩(wěn)定。該測(cè)量方式具有以下特點(diǎn)：①能夠在高離心場(chǎng)環(huán)境下穩(wěn)定地采集及傳輸高清畫面；②無(wú)需布置傳感器，對(duì)研究對(duì)象無(wú)干擾；③能夠?qū)υ囼?yàn)對(duì)象進(jìn)行全局監(jiān)測(cè)，可以記錄微小變形，也可以記錄較大尺度的傾倒破壞過(guò)程。

2.2 相似設(shè)計(jì)根據(jù)巖質(zhì)邊坡離心模型試驗(yàn)的相似原理，模型的幾何尺寸、邊界條件、荷載及相似材料的容重、強(qiáng)度、變形特性等方面需滿足一定的相似要求。由量綱分析的一般原理，可以將巖石力學(xué)各項(xiàng)參數(shù)的形函數(shù)形式表達(dá)為：

式中：φi、Ci為結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度；a、b、c為巖石塊體和主要結(jié)構(gòu)面的幾何條件和方位；σi、τi、E、μ、φ、γ為巖體材料的力學(xué)特性。長(zhǎng)若原型和模型的幾何比尺CL=Lp/Lm=N，其中，Lp為原型尺寸，Lm為模型尺寸，N為離心加速度倍數(shù)，且當(dāng)原型材料和模型材料的容重相等時(shí)，根據(jù)量綱分析，可以導(dǎo)出表1主要物理量相似關(guān)系。

表1 主要物理量相似關(guān)系

首先，平板玻璃作為一種以SiO2（占70%-73%）為主要成分的鈉鈣硅酸鹽材料，其化學(xué)成分與巖石極為相似。此外，根據(jù)相關(guān)規(guī)范［22-23］，巖體的力學(xué)參數(shù)范圍與平板玻璃的力學(xué)參數(shù)列于表2，從表2可以看出，平板玻璃與巖體主要物理力學(xué)參數(shù)相似。最后，試驗(yàn)研究表明［24-25］，平板玻璃的破壞表現(xiàn)為典型的脆性斷裂，其破壞形式與典型的巖石破壞形式極為相似。

表2 材料的力學(xué)參數(shù)

綜上所述，選擇平板玻璃作為相似材料，可以使得原型巖體與模型材料間的力學(xué)特性相似，應(yīng)力應(yīng)變相同，破壞機(jī)理相同，變形相似。并且，厚度較薄的平板玻璃具有可以模擬薄層或中厚層的層狀巖質(zhì)邊坡的優(yōu)勢(shì)。因此，本文相似材料選擇平板玻璃，結(jié)合離心模型試驗(yàn)相似比尺N，選擇1.6 mm厚度的平板玻璃，可以模擬層厚較薄的反傾層狀巖質(zhì)邊坡。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程地質(zhì)調(diào)查表明［4-6，15-17］，西南地區(qū)典型反傾層狀巖質(zhì)邊坡工程問(wèn)題常發(fā)生于邊坡坡角在60°～80°之間，巖層反傾角在50°～80°之間，考慮本文離心機(jī)模型箱尺寸，本次試驗(yàn)概化的邊坡坡角分別為60°和75°，巖層反傾角分別為60°和80°，由此開展邊坡坡角及巖層反傾角不同組合形式的4組工況試驗(yàn)，為了對(duì)比研究，4組試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦吰缕赂弑３?00 mm不變。詳細(xì)試驗(yàn)工況列于表3。

部分藻類的油脂含量占干重的25% ～ 77%，明顯高于富含油脂的陸生作物。脂肪酸鏈長(zhǎng)為C15 ～ C22、不飽和水平較低的原料最適合生產(chǎn)生物柴油。生物柴油的制備方法包括物理法和化學(xué)法，其中物理法包括直接混合法、微乳化法，化學(xué)法包括熱裂解法、酯化和酯交換法。酯交換法是制備生物柴油的常用方法，即天然油脂和醇（如甲醇）在催化劑（酸、堿、酶）作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成脂肪酸酯（生物柴油）和甘油（圖3）。

表3 4組離心模型試驗(yàn)工況

本文不考慮巖層層間力學(xué)參數(shù)變化的影響，每層平板玻璃直接接觸，不添加其他材料，直剪試驗(yàn)表明：玻璃片層間凝聚力幾乎為0，層間摩擦角約為8°，這符合真實(shí)巖層層間力學(xué)參數(shù)值。試驗(yàn)前，按照如圖3邊坡尺寸的設(shè)計(jì)，將切割后的平板玻璃分層疊加裝入模型箱。以坡趾位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，按照15 mm間距繪制網(wǎng)格參考線，網(wǎng)格線交點(diǎn)處用紅色標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)記，作為邊坡位移變化監(jiān)測(cè)的參考點(diǎn)。試驗(yàn)開始前及試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)圖像量測(cè)技術(shù)，獲得標(biāo)記點(diǎn)在自定義坐標(biāo)系下不同時(shí)刻的空間坐標(biāo)，通過(guò)對(duì)比前后時(shí)刻標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo)即可得到標(biāo)記點(diǎn)的相對(duì)位移矢量。由于設(shè)備安裝時(shí)標(biāo)記點(diǎn)未能全部觀測(cè)到，也有人為標(biāo)記時(shí)存在的局部誤差，實(shí)際4組工況下獲得的有效測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示。

為了模擬反傾巖層由開挖卸荷導(dǎo)致的臨空面高度增加，進(jìn)而巖層受重力發(fā)生傾倒變形破壞的過(guò)程，本文采用離心梯級(jí)加載方案。首先穩(wěn)步將離心機(jī)提高到85 g，穩(wěn)定5 min后待邊坡不再發(fā)生變形時(shí)，以10 r/min（相當(dāng)于0.06 g）為一級(jí)逐步提高離心機(jī)轉(zhuǎn)速，每級(jí)穩(wěn)定約90 s進(jìn)行下一級(jí)加載，直至邊坡產(chǎn)生完全傾倒破壞或達(dá)到180 g設(shè)定的最大離心加速度時(shí)停止加載，加載過(guò)程離心加速度值隨時(shí)間變化關(guān)系如圖4所示。

圖3 4組試驗(yàn)工況布置側(cè)面圖（單位：mm）

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 坡體變形特征4組工況邊坡在發(fā)生傾倒破壞之前相對(duì)于85 g時(shí)刻累積位移矢量以及傾倒破壞后的破裂面位置如圖5所示，為便于識(shí)別，顯示的位移矢量放大了5倍。從圖5可以看出，4組工況下邊坡全場(chǎng)位移都很?。涸囼?yàn)1工況，水平方向最大位移是測(cè)點(diǎn)67的4.99 mm，豎直方向最大位移是測(cè)點(diǎn)61的4.31 mm，最大合成位移為測(cè)點(diǎn)66的6.32 mm；試驗(yàn)2工況，水平方向最大位移是測(cè)點(diǎn)73的2.61 mm，豎直方向最大位移是測(cè)點(diǎn)43的5.91 mm，最大合成位移為測(cè)點(diǎn)43的6.20 mm；試驗(yàn)3工況，水平方向最大位移是測(cè)點(diǎn)43的3.36 mm，豎直方向最大位移是測(cè)點(diǎn)28的5 mm，最大合成位移為測(cè)點(diǎn)28的5 mm；試驗(yàn)4工況，水平方向最大位移是測(cè)點(diǎn)47的4.28 mm，豎直方向最大位移是測(cè)點(diǎn)37的2.60 mm，最大合成位移為測(cè)點(diǎn)47的4.86 mm。平板玻璃作為一種脆性材料，且彈性模量較大，受離心場(chǎng)荷載邊坡全場(chǎng)變形量較小，這符合一般規(guī)律。

圖4 4組工況坡體破壞時(shí)臨界加速度值

雖然4組工況坡體累積位移量都較小，但是坡體位移矢量基本上可以按照潛在的破裂面分為兩部分：一部分是潛在破裂面以下巖體，該部分坡體累積位移量相對(duì)較小且主要以豎向位移為主；另一部分是潛在破裂面以上巖體，該部分坡體累積位移量相對(duì)較大，且越靠近坡頂位置合成位移量越大，坡趾位置在坡體傾倒破壞前基本無(wú)水平方向的相對(duì)位移量。此外，坡表的位移矢量基本平行于潛在破裂面。據(jù)此可以看出，坡體變形主要發(fā)生在潛在的破裂面以上巖層部分，該部分可以看作是組合懸臂梁，巖層潛在破裂面以下部分可以看作組合懸臂梁錨固約束固定端，忽略其變形；從坡趾位置的變形可以看出，該部分巖體起到抗傾倒作用，對(duì)巖層傾倒變形發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

圖5 4組工況測(cè)點(diǎn)位移累積矢量

圖6 位移隨離心加速度的變化曲線

由于試驗(yàn)1與試驗(yàn)4兩種工況坡體發(fā)生完全傾倒破壞，因此選取兩種工況下坡趾與近坡頂處測(cè)點(diǎn)（試驗(yàn)1工況分別是測(cè)點(diǎn)1和66，試驗(yàn)4工況分別是測(cè)點(diǎn)1和47），對(duì)比其位移隨離心加速度值的變化關(guān)系，如圖6所示。從圖6可以看出，可以將近坡頂位移量隨時(shí)間變化分為兩階段：階段Ⅰ是位移量穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，階段Ⅱ是位移量加速增長(zhǎng)階段。當(dāng)位移量隨離心加速度值變化屬于階段Ⅰ時(shí)，邊坡處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，隨著離心加速度進(jìn)一步提高，到達(dá)某一g值時(shí)，邊坡位移量隨離心加速度值變化轉(zhuǎn)變到階段Ⅱ，此時(shí)邊坡由階段Ⅰ的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到階段Ⅱ非穩(wěn)定狀態(tài)，坡體在此階段極易發(fā)生瞬時(shí)的傾倒破壞。此外，根據(jù)圖6可以觀察到，試驗(yàn)1工況下近坡頂測(cè)點(diǎn)處水平方向與豎直方向位移量保持同等大小增量增加，而試驗(yàn)4工況下坡趾或近坡頂測(cè)點(diǎn)處水平方向位移增量明顯大于豎直方向位移增量，其本質(zhì)原因是兩組工況近坡頂測(cè)點(diǎn)位移發(fā)展方向不同，這進(jìn)一步說(shuō)明，潛在破裂面以上坡體部分位移矢量方向與潛在破裂面平行向下，而不同工況下坡體破裂面位置明顯不同。

3.2 坡體傾倒破壞特征邊坡的臨界坡高定義為模型邊坡高度乘以達(dá)到模型邊坡破壞時(shí)的離心加速度值，其可以反映邊坡的極限承載能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同邊坡角度及巖層反傾角度組合條件下，邊坡的極限承載能力不同，并且邊坡破壞時(shí)的破裂面分布位置不同。

如圖4所示，記錄4組工況坡體傾倒破壞發(fā)生時(shí)的臨界加速度值。試驗(yàn)1工況下，當(dāng)離心加速度值達(dá)到90.2 g時(shí)，坡趾產(chǎn)生破碎，當(dāng)離心加速度值達(dá)到109 g時(shí)，邊坡發(fā)生完全傾倒破壞，試驗(yàn)4工況下，當(dāng)離心加速度值達(dá)到95.5 g時(shí)，邊坡坡趾產(chǎn)生破碎，當(dāng)離心加速度值達(dá)到127 g時(shí)，邊坡發(fā)生完全傾倒破壞，試驗(yàn)2與試驗(yàn)3兩組工況下，邊坡坡趾產(chǎn)生破碎時(shí)的離心加速度值分別在109 g與122.2 g，然而一直到離心機(jī)穩(wěn)步加載到180 g時(shí)，試驗(yàn)2與試驗(yàn)3兩種工況邊坡依然未發(fā)生明顯的傾倒破壞，只產(chǎn)生了部分巖層斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)計(jì)算，邊坡坡趾產(chǎn)生破碎時(shí)，4組工況分別對(duì)應(yīng)的邊坡臨界坡高為：18.04、21.80、24.44與19.10 m；試驗(yàn)1與試驗(yàn)4兩組工況坡體產(chǎn)生完全傾倒時(shí)對(duì)應(yīng)的邊坡臨界坡高分別為21.80和25.40 m，而試驗(yàn)2和試驗(yàn)3兩組工況邊坡坡高直到36 m依然未發(fā)生完全傾倒破壞。如圖7所示，坡體傾倒破壞基本是沿著過(guò)坡角且約高于層面垂線某一角度的破裂面產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)4組工況邊坡破裂面與層面垂線夾角的測(cè)量，得到以下結(jié)果：4組工況該角度分別為12.43°、10.28°、16.64°與 17.57°。

圖7 4組工況離心加載產(chǎn)生破壞情況

4 傾倒破壞模式和破裂面位置分析

4.1 傾倒破壞模式分析通過(guò)4組反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞的離心模型試驗(yàn)，得出上述坡體變形及破壞特征，結(jié)合圖8邊坡傾倒破壞過(guò)程不同階段的實(shí)物圖（以試驗(yàn)1工況為例），將整個(gè)邊坡傾倒破壞過(guò)程概化成圖9的素描簡(jiǎn)圖，分成以下4個(gè)主要階段：

（1）坡趾巖層斷裂。反傾層狀巖質(zhì)邊坡坡趾處往往受到上部巖層的擠壓作用，離心模型試驗(yàn)中，離心加速度提高到一定程度時(shí)，坡趾巖層產(chǎn)生斷裂，在實(shí)際工程中，通常表現(xiàn)為反傾層狀結(jié)構(gòu)巖層開挖卸荷，達(dá)到某一開挖深度后，開挖坡趾處巖層產(chǎn)生斷裂，如圖9（a）所示。

（2）近坡頂張拉裂縫產(chǎn)生。反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞存在一個(gè)變形傾倒區(qū)和一個(gè)穩(wěn)定區(qū)，穩(wěn)定區(qū)位置位于坡體后緣，該部分在整個(gè)變形破壞過(guò)程中，變形有限，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，而變形傾倒區(qū)坡體隨著離心加速度的提高，進(jìn)一步產(chǎn)生變形，特別在靠近坡體后緣穩(wěn)定區(qū)處呈現(xiàn)明顯的沿著破裂面平行方向的位移，因此，當(dāng)離心加速度達(dá)到某一g值時(shí)，近坡頂張拉裂縫產(chǎn)生，如圖9（b）所示。

（3）巖層折斷漸進(jìn)式延伸。坡趾位置受到坡體上部推力，產(chǎn)生剪斷式破壞，遠(yuǎn)離坡趾位置的巖層在離心場(chǎng)作用下首先產(chǎn)生彈性彎曲變形，當(dāng)彈性彎曲變形達(dá)到極限值后，進(jìn)而巖層產(chǎn)生折斷，巖層的折斷現(xiàn)象從坡趾開始沿著直線型破裂面漸進(jìn)式向近坡頂方向延伸，如圖9（c）所示。

（4）裂縫貫通瞬間傾倒。坡體在發(fā)生完全傾倒破壞之前，坡體變形發(fā)展緩慢且變形量較小，隨著離心力提升，巖層漸進(jìn)式折斷，變形傾倒區(qū)堅(jiān)硬的完整巖柱逐一被次級(jí)節(jié)理切割，反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞模式由完整巖層的彎曲式傾倒轉(zhuǎn)變?yōu)閹r塊式傾倒破壞。當(dāng)坡體后緣張拉裂縫與巖層折斷裂縫貫通后，進(jìn)一步提高離心加速度，坡體產(chǎn)生瞬間傾倒破壞，如圖9（d）所示。

圖8 傾倒破壞不同階段特征（試驗(yàn)1工況為例）

圖9 坡體傾倒破壞模式

4.2 傾倒破裂面位置分析本文研究進(jìn)一步證實(shí)反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞是沿著過(guò)坡趾直線型的破裂面產(chǎn)生，該面位于層面法線以上且呈θ夾角，最初Aydan等［12］提出的懸臂梁型極限平衡理論分析中θ=0，后來(lái)Adhikary等［13-26］通過(guò)試驗(yàn)得到q的合理范圍在12°～20°，然而Aydan等［27］最新的模型試驗(yàn)結(jié)果表明θ的范圍為0°～15°，由此可見(jiàn)，目前對(duì)破裂面與層面法線交角尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。由上述試驗(yàn)結(jié)果分析可得，邊坡坡角的改變對(duì)θ角的影響不大，而巖層反傾角的改變對(duì)θ角的影響顯著，θ隨著巖層反傾角增大而增大。

破裂面位置的確定對(duì)開挖高邊坡及基坑工程意義顯著，實(shí)際工程中對(duì)其位置的確定通常具有一定的主觀性。由上述傾倒破壞模式分析可知，在巖層折斷之前，最初巖層僅產(chǎn)生微小的彈性彎曲變形，圖3則表明巖層折斷前靠近坡頂表面巖層彈性變形產(chǎn)生的位移矢量基本是平行于潛在的破裂面向下。據(jù)此，對(duì)于反傾結(jié)構(gòu)巖層的開挖支護(hù)及傾倒變形體的防治，可依據(jù)監(jiān)測(cè)近坡頂?shù)玫降乃较蚣柏Q直向位移計(jì)算其潛在的破裂面位置，進(jìn)而確定支護(hù)方案和支護(hù)位置。由本文4組工況近坡頂表面多個(gè)測(cè)點(diǎn)位移矢量方向計(jì)算得到θ角平均值，對(duì)比其破壞后量測(cè)得到的真實(shí)值，列于表4。計(jì)算值結(jié)果雖稍大于真實(shí)值，但可反映破裂面的真實(shí)位置，為實(shí)際工程反傾層狀巖質(zhì)邊坡破裂面位置的確定提供科學(xué)依據(jù)。

表4 4組工況θ角真實(shí)值與計(jì)算值對(duì)比

5 結(jié)論

通過(guò)4組反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞的離心模型試驗(yàn)及其數(shù)字圖像處理分析，得到如下結(jié)論：（1）反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形主要發(fā)生在潛在破裂面以上，坡趾位置整體位移量小，坡趾位置巖層起到抗傾倒作用；近坡頂位移增量可以分為穩(wěn)定增長(zhǎng)和加速增長(zhǎng)兩個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)坡體穩(wěn)定狀態(tài)和坡體不穩(wěn)定狀態(tài)；（2）反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒破壞模式可概化4個(gè)階段：（a）坡趾巖層斷裂；（b）近坡頂張拉裂縫產(chǎn)生；（c）巖層折斷漸進(jìn)式延伸；（d）裂縫貫通瞬間傾倒。前兩個(gè)階段主要發(fā)生在近坡頂位移量穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，而后兩個(gè)階段主要發(fā)生在近坡頂位移量加速增長(zhǎng)階段；（3）傾倒破壞是沿著經(jīng)過(guò)坡趾的一直線型破裂面產(chǎn)生，邊坡坡角的改變對(duì)破裂面位置影響不大，而巖層反傾角的改變對(duì)其影響顯著，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)近坡頂表面巖層彈性變形產(chǎn)生的位移矢量方向預(yù)測(cè)潛在破裂面位置，這為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及邊坡支護(hù)提供參考。（4）通過(guò)本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由平板玻璃作為巖石相似材料開展的離心模型試驗(yàn)可以得到理想的試驗(yàn)結(jié)果，這為巖體相似材料的選擇提供新的思路，可進(jìn)一步以平板玻璃作為相似材料深入研究巖層間力學(xué)參數(shù)、巖層厚度及其他外部營(yíng)力作用等因素影響的反傾層狀巖質(zhì)邊坡的科學(xué)問(wèn)題。

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