由边坡岩体裂隙与岩层面和坡向绘制的赤平投影图(图4.1 )可知,裂隙3受裂隙1与裂隙2的切割形成倾向坡外的块体,倾角为50°,由其构成的不稳定块体沿裂隙面产生滑移破坏。
4.4 边坡破坏模式及控制条件
边坡的破坏模式有平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动、倾倒、剥落等。
根据破坏控制条件,岩质边坡的破坏形式分为:沿外倾结构面(或层面)破坏、由岩体强度控制的破坏。
对无外倾结构面的边坡,破坏形式为岩体强度控制的破坏。
对无软弱结构面有倾角大于40?的外倾硬性结构面的边坡,破坏形式为沿外倾硬性结构面滑动或由岩体强度控制的破坏,由相应侧向压力的较大值确定。
岩质边坡的稳定性受优势面控制(结构面、裂隙面等),边坡岩体各不连续面中及其组合构成了岩体的分离体和滑动边界。边坡稳定性评价关键在裂隙面及坡面的组合关系的评价。
综合前述边坡岩土工程地质条件,分析该边坡滑移存在三种失稳模式: (1)顺层滑移破坏
在顺向坡中,岩体中发育有顺坡向层面,岩体在层面和结构面的切割下,在边坡临空面上,形成顺层块体,块体在重力作用下,产生滑移破坏解体,其变形破坏模式演化过程见图4.2。
图4.2 顺层块体滑移破坏模式演化图 (2)岩体破裂面滑移破坏
在边坡中,在岩体的自重作用下,沿破裂面产生滑移破坏解体,其变形破坏模式演化过程见图4.3。
图4.3 岩体破裂面滑移破坏模式演化图 (3)沿裂面滑移破坏
在边坡中,岩体发育外倾结构面,岩体在外倾结构面与其它结构面的切割下,在边坡
临空面上,沿裂隙面产生卸荷拉开,块体在重力作用下,产生滑移破坏解体,其变形破坏模式演化过程见图4.4。 图4.4 沿裂面滑移破坏模式演化图 4.5 边坡岩石的物理力学性质
边坡岩石主要为:粉砂质泥岩,泥质粉砂岩和砂岩。依据岩石试验与经验类比,提出边坡岩体(石)的力学参数建议值(见表4.1)。 表4.1 岩体物理力学参数建议值表 岩性 风化 分带 密度
(gcm3) 抗剪强度 抗压强度 σ(MPa) 抗拉 强度 (MPa) 变形 模量E0(GPa) 泊 松 比 μ 软化 系数
C(MPa) ?? (度) 饱和 天然
砂 岩 强风化 2.5 0.10~0.12 24 4 8 1.2 0.30 中等
风化 2.55 0.2~0.25 29 15 25 2.5 2.0 0.28 0.6~0.65 泥质
粉砂岩 强风化 2.53 0.08~0.10 23 3 5 1.0 0.30 中等
风化 2.58 0.15~0.2 27 8 15 2 1.5 0.29 0.5~0.6 粉砂质
泥岩 强风化 2.55 0.05~0.08 22 2 4 0.6 0.35 中等
风化 2.6 0.1~0.15 25 5 10 1.5 1.0 0.30 0.4~0.5 结 构
面 泥岩层面 0.05~0.1 19~24 砂岩层面 0.1~0.15 25~27 泥质粉砂岩裂隙面 0.01~0.02 20~22 5.边坡稳定性计算
5.1按岩层层面滑动进行稳定性验算 考虑岩层层面为滑动面,如图5.1所示。 图5.1 边坡稳定性平面滑动计算示意图
岩坡中层面与垂直裂缝的组合面为ABC,由它切割的边坡滑体为ABCD,滑块的重量为W,BC面倾角为?,坡面倾角为?,坡高为H。 (6-1)
根据极限平衡条件,边坡稳定性安全系数为: (6-2) 式中:
?——岩体的容重,kNm3; H——滑坡体高度,m;
L——滑动面长度,L=(H-Z)sin?,m; Z——坡顶垂直裂缝深度,m; ?——滑动面倾角,度;
?——坡面倾角,度;
C——滑动面上的粘聚力kPa; ??——滑动面上的内摩擦角,度; W——为滑块的重量,kN;
U——为滑动面上垂直方向静水压力,U=?w×Zw×L2,kN; V——为滑动面上侧向静水压力,V=?w×Zw2×L2,kN; Zw——为坡顶裂缝中地下水位深度,m; A——水平地震力,A=ma,kN; m——滑体质量,kg;
a——地震加速度,6度地震区取0.05g,即a=0.5ms2。
边坡层面内摩擦角折减系数为0.8,边坡稳定安全系数取值为1.30,重要性系数为1.1。由于岩层倾角为32?,则?=32?,边坡坡角为?=64?,坡高18米,不考虑地下水,坡顶无垂直裂缝,边坡岩体的力学参数建议值,则: C=80kPa; ?? =20?×0.8=16?;? =25kNm3;Z=0; L=Hsin32?=33.97m;
W=0.5×25×182×sin(64?-32?)sin32?sin64?=4506.04kN; m=Wg=4506.0410=450.6kg; A=ma=450.6×0.5=225.3kN;
即边坡岩层层面安全系数为1.57,大于规范要求的稳定值(1.30)。 5.2按岩体破裂面进行稳定性验算
根据边坡岩体的力学参数建议值,相关数值取值如下:
??——岩体内摩擦角(度),??=23°×0.8=18.4°,0.8为折减系数; C——滑动面上岩体粘聚力(kPa);取C=60kPa; γ——岩体的容重(kNm3),取?=25kNm3;
θ——破裂角(度),θ=45+φ2,θ=45+18.42=54.2°;
α——边坡开挖后边坡角(度),α=64°; H——坡体高度(m),H=18m; 根据图5.2计算如下:
图5.2 按岩体破裂面进行稳定性验算示意图
C=60kPa; ?? =23?×0.8=18.4?;? =25kNm3;Z=0; L=Hsin54.2?=22.19m;
W=0.5×25×182×sin(64?-54.2?)sin54.2?sin64?=945.64kN; m=Wg=945.6410=94.56kg; A=ma=94.56×0.5=47.28kN;
即按岩体内抗剪强度指标进行稳定性验算结果表明,岩体中剪应力最大面的安全系数为1.89,远大于规范要求的稳定值(1.30)。 5.3按裂隙面滑动进行稳定性验算
考虑块体沿裂隙3滑动,裂隙3为滑动面,如图5.3所示。 图5.3 沿裂面滑动稳定性验算示意图
边坡裂隙面内摩擦角折减系数为0.8,边坡稳定安全系数取值为1.30,重要性系数为1.1。由于裂隙面倾角为50?,则?=50?,边坡坡角为?=64?,坡高18米,不考虑地下水,坡顶无垂直裂缝,根据边坡岩体的力学参数建议值,则: C=30kPa; ?? =22?×0.8=17.6?;? =25kNm3;Z=0; L=Hsin50?=23.5m;
W=0.5×25×182×sin(64?-50?)sin50?sin64?=1423.04kN; m=Wg=1423.0410=142.3kg; A=ma=142.3×0.5=71.15kN;
即抗滑力=977.87kN,下滑力=1135.84 kN
若岩层内摩擦角不折减,且不考虑地震力,则计算所得K=0.99。