王雪輝，李梅

（新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊830000）

1 引言

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，但是在發(fā)展的過程之中，邊坡的問題日益明顯。邊坡在演變的過程之中，會(huì)出現(xiàn)不同形式以及規(guī)模的變形，例如，出現(xiàn)滑坡或者崩塌的情況。而邊坡在形成的實(shí)際過程之中，其內(nèi)部出現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)一定的變化，從而導(dǎo)致應(yīng)力重分布或者應(yīng)力集中等情況。而想要適應(yīng)這種狀態(tài)，便需要對(duì)于形成邊坡傾倒出現(xiàn)變形的影響因素進(jìn)行合理的分析判斷。

2 反傾邊坡的變形特征

一般情況下，巖體之中，大多數(shù)都含有結(jié)構(gòu)面，而根據(jù)當(dāng)前結(jié)構(gòu)面的特征可以將其分成斷層、層面以及節(jié)理和裂縫。而對(duì)于一些天然或者人工來進(jìn)行開挖所形成的邊坡，那么其變形的具體特征以及結(jié)構(gòu)面的方位會(huì)有直接性的關(guān)系。例如，邊坡如果有反傾結(jié)構(gòu)面，在變形時(shí)，不僅結(jié)構(gòu)面會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)之外，邊坡上部也會(huì)出現(xiàn)十分明顯的彎曲變形，也就是我們常說的“點(diǎn)頭”[1]。而通過當(dāng)前所進(jìn)行的野外觀測，以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)在力學(xué)的機(jī)制之上，進(jìn)行了相應(yīng)的定性描述，并且采取懸臂梁理論，進(jìn)行了相應(yīng)的早期的定量分析。

3 本構(gòu)模型

在進(jìn)行模型組構(gòu)時(shí)，對(duì)于粘性特點(diǎn)進(jìn)行分析，當(dāng)前所使用的是粘塑性模型?？梢詫r體的總變形分成彈性變形以及粘塑性變形這兩部分：

而粘塑性的關(guān)系可以通過（2）式進(jìn)行描述：

而在這之中，η 是粘滯系數(shù)，而F 則是屈服函數(shù)，其表達(dá)是應(yīng)該是：

而對(duì)于結(jié)構(gòu)面所構(gòu)成的本構(gòu)關(guān)系，都可以選擇類似于巖體這種彈性以及粘塑性的模型。而由于當(dāng)前結(jié)構(gòu)面的厚度一般都比較小，所以位移以及應(yīng)力之間的關(guān)系，都可以將其認(rèn)為是近似線彈性的[2]。

4 工程案例以及結(jié)果的分析

4.1 工程案例

當(dāng)前以水電工程作為實(shí)際的案例，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。該工程在進(jìn)行開挖時(shí)，形成了臺(tái)階式的高陡邊坡，而邊坡有著一系列的反傾層面，其中的間隔為8～15m，其開挖的深度則是110m。當(dāng)前為了可以更加簡便進(jìn)行計(jì)算，可以選擇使用直坡開挖的方式來進(jìn)行相應(yīng)的模擬，將模擬的水平尺度記為500m，而垂直的尺度則是320m。而巖體則選擇采用6 節(jié)點(diǎn)三角形單元，其層面可以選擇相應(yīng)的6 節(jié)點(diǎn)，非線性的節(jié)理元，其單元的總數(shù)記為1530個(gè)[3]。材料的參數(shù)如表1所示。

表1 材料參數(shù)

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)構(gòu)成的模型，可以了解，由于在挖洞時(shí)，巖體被層面切割之后，出現(xiàn)了十分明顯的彎曲變形的狀態(tài)，從而形成了“點(diǎn)頭”的模式。而越靠近坡面，彎曲的變形也越來越大。而分割巖體這一系列層面都出現(xiàn)了相應(yīng)的錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象。而這其實(shí)和在野外進(jìn)行觀測，以及在實(shí)驗(yàn)室模擬檢測之后的結(jié)構(gòu)都相似。通過模擬實(shí)驗(yàn)之后，可以看出含結(jié)構(gòu)面的巖體，是要比不含結(jié)構(gòu)面的巖體的最大位移要更大，而不含結(jié)構(gòu)面的巖體，主要是在坡腳處，出現(xiàn)了應(yīng)力集中，基本上拉應(yīng)力已經(jīng)不存在了[4]。而含有機(jī)構(gòu)面的巖體，則是在邊坡的上部，就已經(jīng)出現(xiàn)了較大面積的拉應(yīng)力區(qū)，二者存在較大的差別，而含有結(jié)構(gòu)面的巖體的穩(wěn)定性會(huì)更差一些。

5 反傾邊坡傾倒變形的影響因素的分析

當(dāng)前對(duì)于反傾邊坡變形的程度產(chǎn)生影響的因素比較多，在歸納之后，可以分成以下幾種：第一，初始應(yīng)力場，這主要是指當(dāng)前的水平應(yīng)力；第二，則是邊坡的初始坡度，這主要是指開挖之后的深度以及角度；第三，巖體自身的力學(xué)參數(shù)以及和結(jié)構(gòu)面所形成的力學(xué)參數(shù)；第四，結(jié)構(gòu)面的幾何特性，也就是結(jié)構(gòu)面的間距和傾角；第五，開挖之后，地下水位出現(xiàn)的變化；第六，當(dāng)前巖體對(duì)于歷史上應(yīng)力，以及變形的記憶功能進(jìn)行進(jìn)一步的探究，而這些原因，對(duì)于傾倒的變形程度又有著較大的影響，但是其影響也會(huì)有一定的限制[5]。

而有一些因素其本身就是在一定的限定范圍之內(nèi)，例如，當(dāng)前巖體之中的水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力，所產(chǎn)生的比例都應(yīng)該保持在一定的變化范圍之內(nèi)，而同一類的巖石的力學(xué)參數(shù)并不會(huì)出現(xiàn)較大的差異等。所以不難發(fā)現(xiàn)，這些因素并不是邊坡傾倒出現(xiàn)變形的最主要因素，而是對(duì)于邊坡的總體變形產(chǎn)生較大的影響。所以真正對(duì)于邊坡傾倒出現(xiàn)變形影響的最大因素主要有兩個(gè)，除了由于結(jié)構(gòu)面的間距會(huì)產(chǎn)生影響，也就是我們常說的結(jié)構(gòu)面之間板狀巖體的長細(xì)比會(huì)產(chǎn)生一定的影響，另外一個(gè)就是結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致邊坡傾倒的變形出現(xiàn)影響。而巖體之中，結(jié)構(gòu)面間距出現(xiàn)較大的差異，這主要是由于結(jié)構(gòu)面自身的特性，斷層之間的間距以及裂隙之間的間距有可能會(huì)有十分明顯的差距，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差距，而除此之外，不同類型的機(jī)構(gòu)面其力學(xué)參數(shù)也會(huì)出現(xiàn)比較大的差異。

當(dāng)前為了更好地進(jìn)行分析，現(xiàn)不考慮法向變形變化的狀況，還有四個(gè)相關(guān)的力學(xué)參數(shù)可以進(jìn)行選擇參考[6]。而對(duì)于不同的切向變形的剛度數(shù)值，所計(jì)算出的坡頂位移值數(shù)據(jù)如表2所示。而對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)面的間距，其計(jì)算出的坡頂位移值數(shù)據(jù)如表3所示。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，這兩項(xiàng)參數(shù)對(duì)于坡頂位移值有著十分大的影響。

表2 不同結(jié)構(gòu)面間距對(duì)應(yīng)的坡頂位移值

表3 不同結(jié)構(gòu)面切向變形剛度對(duì)應(yīng)的坡頂位移值

6 結(jié)論

對(duì)于邊坡的傾倒變形來說，反傾結(jié)構(gòu)面會(huì)對(duì)其具有直接性的控制性作用。而無論是通過位移、拉應(yīng)力區(qū)，還是當(dāng)前的屈服區(qū)分布的特征情況來看，反傾結(jié)構(gòu)面對(duì)于巖體穩(wěn)定性有著很大程度的減弱。而對(duì)于反傾邊坡來說，最危險(xiǎn)的區(qū)域并不是在坡腳，而是出現(xiàn)在坡頂，所以對(duì)于這一類邊坡在進(jìn)行穩(wěn)定性研究時(shí)，極限平衡法并不適用。所以在邊坡的設(shè)計(jì)時(shí)，一項(xiàng)十分重要的問題，便是如何在反傾邊坡的坡頂進(jìn)行加固。