陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈失穩(wěn)機(jī)制研究——以大奔流溝料場(chǎng)為例摘要層狀巖體在自然界中占據(jù)面積較大，較容易形成地質(zhì)災(zāi)害的巖體結(jié)構(gòu)，相對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡來(lái)講，傾倒所引起的滑坡難度較大，所以順層巖質(zhì)斜坡是層結(jié)構(gòu)巖體發(fā)生破壞的最主要斜坡結(jié)構(gòu)形式，而潰屈破壞是順層巖質(zhì)邊坡最主要的破壞方式之一。本文以大奔流溝料場(chǎng)為例來(lái)研究陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈失穩(wěn)機(jī)制，并用相似材料做底摩擦實(shí)驗(yàn)，主要研究成果如下：利用相似材料做底摩擦模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M順層潰屈失穩(wěn)機(jī)制。簡(jiǎn)述順層邊坡潰屈機(jī)制兩種研究理論：彈性板理論和壓桿理論，并討論其異同。以大奔流溝料場(chǎng)為例分析得出其可能存在的5種破壞模式：①開(kāi)挖邊坡壓剪變形潰屈破壞；②開(kāi)挖邊坡深層滑移剪出破壞；③開(kāi)挖邊坡淺層滑移剪出破壞；④開(kāi)挖邊坡切腳破壞；⑤開(kāi)挖邊坡局部塊體破壞。其中，②發(fā)生的可能性較小，而③、④、⑤一般局部發(fā)育且規(guī)模較小，僅①在西側(cè)正面邊坡各類破壞模式中最為常見(jiàn)，且一旦發(fā)生，規(guī)模較大，后果較為嚴(yán)重。本項(xiàng)目以壓剪潰屈破壞模式為主要研究對(duì)象，結(jié)合大奔流溝料場(chǎng)的工程地質(zhì)條件做數(shù)值模擬計(jì)算。關(guān)鍵詞：順層巖質(zhì)邊坡，潰屈失穩(wěn)Abstract目錄823_WPSOffice_Level1第一章緒論 926974_WPSOffice_Level21.1選題目的和意義 915462_WPSOffice_Level21.2研究現(xiàn)狀綜述 1015462_WPSOffice_Level31.2.1潰屈失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 1016694_WPSOffice_Level31.2.2潰屈失穩(wěn)影響因素 108121_WPSOffice_Level31.2.3潰屈失穩(wěn)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法 1116694_WPSOffice_Level21.3本文研究思路 1226974_WPSOffice_Level1第二章順層陡傾巖質(zhì)邊坡潰屈破壞物理模型試驗(yàn) 148121_WPSOffice_Level22.1底摩擦試驗(yàn)設(shè)備及原理 1418761_WPSOffice_Level22.2相似比關(guān)系 146525_WPSOffice_Level22.3相似材料模型制作及檢測(cè)方案 1511687_WPSOffice_Level22.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 1615462_WPSOffice_Level1第三章陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈分析理論 2224717_WPSOffice_Level23.1壓桿理論 2216539_WPSOffice_Level23.2彈性板理論 248541_WPSOffice_Level23.3壓桿理論和彈性板理論的區(qū)別 2531424_WPSOffice_Level23.4潰屈穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 2516694_WPSOffice_Level1第四章大奔流溝料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 2616459_WPSOffice_Level24.1料場(chǎng)邊坡工程地質(zhì)條件 2631533_WPSOffice_Level34.1.1地質(zhì)環(huán)境 2627172_WPSOffice_Level34.1.2地質(zhì)構(gòu)造 271893_WPSOffice_Level34.1.3水文地質(zhì) 273090_WPSOffice_Level34.1.4人類工程活動(dòng) 2727776_WPSOffice_Level24.2料場(chǎng)邊坡潰屈穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 2823443_WPSOffice_Level24.3料場(chǎng)邊坡潰屈數(shù)值模擬 3025510_WPSOffice_Level34.3.1邊界條件與計(jì)算參數(shù)選取 312398_WPSOffice_Level34.3.2數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析 318121_WPSOffice_Level1第五章結(jié)論及展望 3713492_WPSOffice_Level25.1結(jié)論 3729169_WPSOffice_Level25.2展望 3718761_WPSOffice_Level1致謝詞 3827981_WPSOffice_Level2參考文獻(xiàn)： 39第一章緒論1.1選題目的和意義層狀構(gòu)造巖層在自然界中非常常見(jiàn)，不僅存在于沉積巖中，還存在于一些巖漿巖和變質(zhì)巖中，由于其廣泛的分布面積，層狀斜坡在公路、鐵路及水利水電工程中更加常見(jiàn)。在層狀巖質(zhì)邊坡中，根據(jù)巖層傾向于斜坡坡向的關(guān)系可分為反傾邊坡和順向邊坡，而順向邊坡穩(wěn)定相差，危害大，如三峽庫(kù)區(qū)[10]，順層邊坡破壞形式分為兩種：一種為順層滑移，另一種為潰屈破壞，如圖1所示，對(duì)于潰屈邊坡來(lái)講，多發(fā)生在深層河谷邊坡處，形成較大規(guī)?；聲r(shí)，規(guī)模較大，但對(duì)于一些軟巖邊坡來(lái)講，規(guī)模較小，但大多數(shù)為大型滑坡[14-15]，如黃河上游已建的李家峽水電站壩前左岸的2號(hào)滑坡[16]，滑坡長(zhǎng)度大于500m，體積為1845×104m3、四川白水江的漢平壩水電站壩[17]，前左岸滑坡、雅碧江上游的錦屏水電站右岸邊坡、二灘水電站的霸王山滑坡[18]，滑坡長(zhǎng)度逾600m，體積約2000×104m3，雞鳴寺滑坡[19]長(zhǎng)度為300m，體積為50×104m3，如此大規(guī)模的滑坡不僅影響基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行、生產(chǎn)的順利進(jìn)行，同時(shí)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)造成了損失[20]。錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山州鹽源縣雅礱江普斯羅溝峽谷內(nèi)，是雅礱江干流上的重要梯級(jí)電站工程。2008年10月30日，錦屏一級(jí)水電站大奔流溝料場(chǎng)開(kāi)始揭頂開(kāi)挖；2014年7月10日，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院組織專家通過(guò)錦屏一級(jí)水電站第四階段蓄水驗(yàn)收鑒定；2014年11月29日，錦屏一級(jí)水電站正式建成并投入運(yùn)營(yíng)；大奔流溝料場(chǎng)竣工形成順層陡傾443m巖質(zhì)特高人工邊坡，為國(guó)內(nèi)外最高的順層陡傾巖質(zhì)人工邊坡。本研究，以錦屏一級(jí)水電站大奔流溝料場(chǎng)順層陡傾巖質(zhì)特高人工邊坡為典型研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)勘察、地質(zhì)分析與判斷、室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)試驗(yàn)、理論分析計(jì)算、數(shù)值模擬等多方法、多手段，分析人工邊坡變形機(jī)制與破壞模式，并評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)為類似特高人工邊坡治理工程提供合理的防治措施。圖1-1陡傾順層巖質(zhì)邊坡的滑移—彎曲(或潰屈)模式1.2研究現(xiàn)狀綜述1.2.1潰屈失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀滑移彎曲也稱之為潰屈，是王蘭生、張倬元在20世紀(jì)70年代所提出的“斜坡巖土體破壞形成演化力學(xué)機(jī)制模式”的一種[21]，之后，許多學(xué)者依據(jù)野外工程現(xiàn)象對(duì)潰屈進(jìn)行研究[22-30]，20世紀(jì)80年代，孫廣忠教授對(duì)潰屈破壞做了初步探討與研究，CaversDS（1981）以平坡三段潰屈等破壞模式研究斜坡潰屈機(jī)制[31]，趙平勞（1989）通過(guò)研究說(shuō)明潰屈破壞是由河谷卸荷引起坡腳彎曲，并發(fā)生張性破裂，隨時(shí)間推進(jìn)最終折斷[32]，張倬元等（1994）提出滑坡的滑移-彎曲地質(zhì)力學(xué)模式，并將潰屈破壞分為三個(gè)演化過(guò)程：(a)輕微彎曲：在斜坡坡腳處，巖層輕微隆起，形成層面小規(guī)模錯(cuò)動(dòng)；(b)強(qiáng)烈彎曲-隆起：在上部巖層自重作用下，巖層彎曲程度增大，并在隆起段出現(xiàn)X型裂隙、層間出現(xiàn)空腔；(c)切出面貫通：在彎曲段發(fā)生折斷，上部巖層沿層面滑出[33]。李樹(shù)森（1995）等通過(guò)研究說(shuō)明了潰屈型滑坡包括了順層滑動(dòng)和切層滑動(dòng)兩個(gè)部分，并從物質(zhì)構(gòu)成、力學(xué)參數(shù)以及變形方式分析順層滑帶和切層滑帶在的差異性，著重探討了兩者力學(xué)參數(shù)的關(guān)聯(lián)性[34]，朱冬林等（1999）也將潰屈滑坡分為順層和切層兩部分來(lái)看待，探討了如何確定兩段分界點(diǎn)及其力學(xué)參數(shù)選取問(wèn)題，并分析水在整個(gè)潰屈過(guò)程中所起的作用[35]，朱晗迓（2004）等利用三段式分析了潰屈變形的整個(gè)過(guò)程，并建立力學(xué)模型說(shuō)明潰屈變形破壞機(jī)理[36]，嚴(yán)明（2005）等補(bǔ)充提出了4階段演化論：在強(qiáng)烈彎曲-隆起后，隨著時(shí)間推移，彎曲段巖層逐漸破裂，壓碎、散體，值到彎曲段巖層折斷[37]。黃潤(rùn)秋（2007）不僅分析滑移-彎曲變形過(guò)程及機(jī)制，還提出相應(yīng)治理對(duì)策[38]，還有很多學(xué)者如劉鈞（1997）、李桂榮（1997）、孫國(guó)富等（2003）及涂國(guó)祥（2005）等[39-49]對(duì)順層邊坡潰屈破壞機(jī)制進(jìn)行研究與探討，均認(rèn)為巖層在自重作用及上部工程作用力共同作用下，坡腳發(fā)生應(yīng)力集中，隨著斜坡坡高增加，坡腳應(yīng)力差增大，巖層在坡腳處發(fā)生彎曲變形，隨著變形能不斷積累，變形逐漸增大，彎曲巖層被壓碎，發(fā)生破裂，最終折斷，巖層沿?cái)嗝婕舫觥?.2.2潰屈失穩(wěn)影響因素在具備形成潰屈的條件前提下，形成潰屈破壞的難易程度受諸多因素的影響，早在20世紀(jì)末，潘瑞林（1990）采用彈性力學(xué)理論和彈性穩(wěn)定理論，對(duì)多層“板裂”結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，得到多層模型發(fā)生潰屈失穩(wěn)的臨界荷載和臨界坡長(zhǎng)，根據(jù)公式，提出了坡長(zhǎng)L、坡角α、地震和坡頂荷載、巖石容重、彎曲剛度D對(duì)斜坡潰屈失穩(wěn)有影響，但只做了簡(jiǎn)單分析：高、陡邊坡較低、緩邊坡容易發(fā)生潰屈破壞，巖石容重增大，會(huì)加速邊坡發(fā)生潰屈破壞，軟弱巖層較堅(jiān)硬巖邊坡更易于發(fā)生潰屈破壞[52]，之后，楊清廷（1993）利用可計(jì)算大變形的雙重非線性有限元程序DNPSAP，結(jié)合地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，著重探討了斜坡坡角、坡長(zhǎng)和巖層單層厚度變化對(duì)巖層彎曲失穩(wěn)的影響：斜坡傾角的變化時(shí)，坡腳與坡頂拉應(yīng)力范圍明顯發(fā)生變化，斜坡長(zhǎng)度越大，各截面的彎矩就越大，截面應(yīng)力分布越不均勻，巖層彎曲越明顯，更容易發(fā)生破壞，并且通過(guò)模型試驗(yàn)得到巖層較薄時(shí)，斜坡下部發(fā)生潰屈，而頂部有可能出現(xiàn)傾倒[53]；朱晗迓（2004）考慮靜水壓力和地震作用力，將巖層潰屈視為壓桿失穩(wěn)建立模型，通過(guò)臨界坡長(zhǎng)求解公式得到影響潰屈主要的因素有層面傾角、層面力學(xué)參數(shù)c值和φ值、巖層單層厚度、巖石的彈性模量，分析了各因素對(duì)臨界坡長(zhǎng)的影響關(guān)系：臨界坡長(zhǎng)隨巖石彈性模量增大而緩慢增大，隨面層面力學(xué)參數(shù)增大，臨界坡長(zhǎng)先緩慢增大，到達(dá)一定值后突然增大；層面傾角較小時(shí)，隨著傾角增大，臨界坡長(zhǎng)迅速減小，到達(dá)一定值后，隨著傾角增大，臨界坡長(zhǎng)緩慢減小[36]；朱玉平（2004）在力學(xué)分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，巖層厚度、彈性模量、層面粘聚力、內(nèi)摩擦角和坡角對(duì)潰屈的變形破壞影響較大[57]，不僅給出了各因素與臨界坡長(zhǎng)關(guān)系曲線圖，還依據(jù)優(yōu)勢(shì)分析方法給出了各不同影響因素主次關(guān)系：在巖層的傾角α、滑移面的粘聚力c、摩擦系數(shù)tanφ、巖體彈性模量E和巖層的單層厚度h這些因素中，對(duì)潰屈最小長(zhǎng)度Lcr和斜坡彎曲變形程度χ的影響程度排序?yàn)椋簬r層的單層厚度h、滑移面的粘聚力c、摩擦系數(shù)tanφ、在巖層的傾角α、巖體彈性模量E；杜應(yīng)瓊（2014）在通過(guò)物理模擬及力學(xué)分析也對(duì)潰屈的影響因素進(jìn)行排序[58]，得出的結(jié)論和朱玉平相同。通過(guò)以上文獻(xiàn)分析，影響巖層潰屈失穩(wěn)的主要因素有巖層傾角α、滑移面力學(xué)參數(shù)c、tanφ、巖體彈性模量E和巖層的單層厚度h、坡長(zhǎng)L，其中巖層傾角、坡長(zhǎng)越大，越容易潰屈、滑動(dòng)面參數(shù)、巖體彈性模量越高，單層厚度越大，斜坡越穩(wěn)定。1.2.3潰屈失穩(wěn)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法順層巖質(zhì)邊坡能否發(fā)生潰屈破壞是人們一直關(guān)心的問(wèn)題，因此對(duì)潰屈的研究必須明確失穩(wěn)臨界條件，前人對(duì)潰屈破壞主要從臨界荷載（Pcr）和臨界坡長(zhǎng)（Lcr）來(lái)進(jìn)行判別，當(dāng)邊坡受到的縱向荷載大于Pcr時(shí)，邊坡將發(fā)生潰屈，或者斜坡的坡長(zhǎng)小于臨界坡長(zhǎng)Lcr時(shí)，就不會(huì)發(fā)生潰屈破壞，巖層潰屈破壞類似于桿件、板梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，主要是巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，而巖石破壞影響較小，采用的理論方法為彈性穩(wěn)定理論，而非強(qiáng)度理論。早在1984年，孫廣忠（1984）等在全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)上正式提出了“板裂”結(jié)構(gòu)，用壓桿能量法建立層狀巖體的單層模型，導(dǎo)出了單層潰屈失穩(wěn)的極限荷載公式[50]；倪國(guó)榮（1987）考慮軟弱夾層對(duì)其上的巖石（梁）施加的反力，并考慮垂直于x方向力的作用給出板的微分方程，求出臨界荷載，但這也只是對(duì)單層潰屈模型進(jìn)行過(guò)研究[51]；潘瑞林（1990）采用彈性力學(xué)理論和彈性穩(wěn)定理論，對(duì)多層“板裂”結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，得到多層模型發(fā)生潰屈失穩(wěn)的臨界荷載和臨界坡長(zhǎng)[52]；楊清廷（1993）利用歐拉公式得到臨界荷載，但公式中系數(shù)μ是通過(guò)有限元計(jì)算結(jié)合地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)確定與傾角α有關(guān)的參數(shù)，取值靈活性較大，也只是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)半理論公式[53]；李樹(shù)森（1995），任光明（1997）通過(guò)能量法，將巖層簡(jiǎn)化為一端固定、一端鉸支的梁，在前人的基礎(chǔ)上考慮頂部荷載和層與層之間的粘聚力研究，得出多層潰屈的臨界長(zhǎng)度[34]；朱晗迓（2004）考慮靜水壓力和地震的影響，依然將巖層潰屈視為壓桿失穩(wěn)建立了彈性力學(xué)模型，并且分析了不同層數(shù)時(shí)邊坡的失穩(wěn)情況，雖然給出了臨界坡長(zhǎng)的計(jì)算公式，但求解過(guò)程困難，在實(shí)際應(yīng)用中也只能估算臨界坡長(zhǎng)[36]；以上學(xué)者通過(guò)力學(xué)模型，雖然求解出臨界坡長(zhǎng)或者臨界荷載的計(jì)算公式，但都是在將巖層失穩(wěn)視為壓桿失穩(wěn)情況下得到的。劉小麗等（2002）將巖層視為巖板，除巖層自重外，考慮層面力學(xué)參數(shù)，建立模型，應(yīng)用彈性板理論，利用能量法進(jìn)行潰屈失穩(wěn)研究，并求解出了臨界長(zhǎng)度[54]，馮君（2010）在劉小麗基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將順層巖質(zhì)邊坡當(dāng)作是彈塑性板來(lái)考慮，彎曲部分的巖板可看為四邊輥軸支撐的彈塑性受壓板；但兩者在建立力學(xué)模型時(shí)，未能考慮地震作用以及靜水壓力，所以巖層受力不全面[55]，肖慧（2014）將巖板視為二維受壓板建立模型，巖層不僅受自重、層面摩擦作用，還受到地震作用及水的作用，采用彈性受壓板的穩(wěn)定理論，根據(jù)能量法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到不同層數(shù)巖體結(jié)構(gòu)的潰屈失穩(wěn)推導(dǎo)出相應(yīng)的臨界坡長(zhǎng)計(jì)算公式[56]。通過(guò)以上分析，可以看出，對(duì)潰屈長(zhǎng)度及臨界荷載和臨界長(zhǎng)度求取方面不斷的改進(jìn)與發(fā)展：(1)邊界條件：由最初的兩端采用鉸支的方式（低端不存在彎矩），發(fā)展為底端固定（底端存在彎矩）、頂端夾支（巖層面可以滑動(dòng)）；(2)模型：大部分人對(duì)潰屈的分析采用的還是壓桿失穩(wěn)模型，理論相對(duì)比較成熟，近幾年來(lái)，部分學(xué)者將巖層視為板，考慮巖層寬度對(duì)潰屈的影響；(3)影響因素：最初只考慮自重，后來(lái)考慮頂部荷載、層間內(nèi)摩擦角和粘聚力、靜水壓力及地震力。1.3本文研究思路依托錦屏水電站大奔流溝料場(chǎng)邊坡工程，開(kāi)展超高陡傾順層巖質(zhì)邊坡變形破壞模式研究，分析其變形破壞特征，綜合評(píng)價(jià)大奔流溝料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性。主要研究?jī)?nèi)容如下：相似材料物理模型實(shí)驗(yàn)利用相似物理材料模擬順層邊坡潰屈條件并進(jìn)行數(shù)值模擬。陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈分析理論研究壓桿理論和彈性板理論并比較其主要差別。大奔流料場(chǎng)邊坡工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究大奔流溝料場(chǎng)邊坡工程地質(zhì)環(huán)境及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等。

第二章順層陡傾巖質(zhì)邊坡潰屈破壞物理模型試驗(yàn)2.1底摩擦試驗(yàn)設(shè)備及原理試驗(yàn)儀器采用三相調(diào)頻電機(jī)底摩擦試驗(yàn)儀，臺(tái)面尺寸1.5m*1.4m，電機(jī)功率4kw。底摩擦法是以摩擦力在摩擦方向上的分布與重力場(chǎng)相似的性質(zhì)，利用模型和底面之間的摩擦力來(lái)模擬模型體積力(重力)。底摩擦模型是由Goodman于1971年首先提出的，其基本思想是用摩擦力模擬重力。底摩擦試驗(yàn)原理即將研究對(duì)象的剖面制成模型，平放在可以持續(xù)移動(dòng)的底板上，并使原剖面的深度方向與底板移動(dòng)方向一致。隨著底板持續(xù)移動(dòng)，模型也隨之移動(dòng)。在底板移動(dòng)方向有一固定框架，當(dāng)模型受到這一固定框架阻擋時(shí)，在模型與底板接觸面上每一點(diǎn)就形成摩擦阻力。F=μ其中P為作用于模型法向單位面積上的壓力；μ為模型與接觸面滑動(dòng)摩擦系數(shù)；γ為模型材料容重；t為模型的厚度。2.2相似比關(guān)系幾何條件相似系數(shù)：l受力條件相似系數(shù)：γR=δγm摩擦系數(shù)相似系數(shù)：f式中：l為幾何尺寸，γ為材料的密度，σ為應(yīng)力，f為摩擦系數(shù)；下標(biāo)p、m分別代表原型和模型，下標(biāo)R表示研究對(duì)象原型和模型相應(yīng)項(xiàng)的比值。上述相似系數(shù)間關(guān)系由下式確定：σR=γ滿足上述條件的試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话銥闄C(jī)制模型。2.3相似材料模型制作及檢測(cè)方案通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和試驗(yàn)，確定采用質(zhì)量比黏土：石膏：水=10:1:2作為相似材料，并根據(jù)實(shí)際操作需要添加石膏質(zhì)量0.5%的石膏緩凝劑延緩石膏的初凝和終凝時(shí)間。在瑜伽山北側(cè)靠近東湖邊選取一處土質(zhì)較好無(wú)碎石和植物根系的區(qū)域進(jìn)行取土。將取回的黏土分批次放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，采用梯級(jí)升溫法加熱至110℃烘干8小時(shí)以上，取出干燥土塊碾碎，通過(guò)0.5mm篩子得到試驗(yàn)用黏土。石膏采用高強(qiáng)石膏粉，細(xì)度0.3mm，初凝時(shí)間>6min，終凝時(shí)間>30min。石膏混凝劑采用磷酸鹽型，石膏混凝劑摻量為0.5%時(shí)初凝時(shí)間>3h，終凝時(shí)間>5h。圖4-3恒溫鼓風(fēng)干燥箱圖4-4黏土、石膏和緩凝劑混合固體粉末用木條在底摩擦試驗(yàn)儀上搭建如圖所示邊坡框架。將黏土、石膏和緩凝劑充分混合成粉末狀固體，用噴壺緩慢均勻加水拌和，直至達(dá)到設(shè)定比例。將拌和好的混合材料堆放到底摩擦試驗(yàn)儀上的木質(zhì)框架內(nèi)，用橡膠錘反復(fù)打擊壓實(shí)，最后用刮刀抹平，模型尺寸為150cm×120cm×4.5cm。圖4-5模型制成抹平照片采用預(yù)制的不銹鋼板按預(yù)設(shè)3cm層厚切割邊坡層面，并在切割過(guò)程中向?qū)用骈g加注潤(rùn)滑油，防止凝固過(guò)程中層面粘連。由于相似材料模型相對(duì)軟弱且考慮到盡量減少對(duì)模型的影響，無(wú)法安裝位移傳感器，決定采用數(shù)字圖像分析技術(shù)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。在模型臨空面一側(cè)等距布置圖釘若干作為觀測(cè)標(biāo)記，在底摩擦試驗(yàn)儀頂部架設(shè)用GoPro相機(jī)進(jìn)行全過(guò)程圖像采集。后期使用圖像分析技術(shù)分析同一參考點(diǎn)在潰屈變形前后其像素改變大小。然后根據(jù)像素改變確定其水平面上的兩個(gè)方向移。圖4-6圖像采集設(shè)備GoPro相機(jī)2.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果等待石膏終凝后即可進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)前檢查電路及儀器正常狀況，打開(kāi)GoPro相機(jī)進(jìn)行錄制，接通電源進(jìn)行調(diào)頻器自檢，一切正常后運(yùn)行電機(jī)。先緩慢調(diào)節(jié)變頻器至傳送帶開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，土樣與傳送帶發(fā)生摩擦后適當(dāng)加速，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并時(shí)刻關(guān)注GoPro相機(jī)圖像采集狀態(tài)。圖4-7底摩擦試驗(yàn)儀變頻器本次試驗(yàn)對(duì)同一模型重復(fù)進(jìn)行三次試驗(yàn)，三組試驗(yàn)依次由表層至深層進(jìn)行的，觀察不同深度巖層潰屈過(guò)程，依次編號(hào)為試驗(yàn)1、試驗(yàn)2和試驗(yàn)3。模型坡角和傾角均為65°。（1）試驗(yàn)1（d）（b）（a）模型開(kāi)始與傳送帶間摩擦，表層兩層巖層開(kāi)始逐漸發(fā)生變形，最終發(fā)生破壞，變形區(qū)在坡腳處。潰屈過(guò)程如下：（d）（b）（a）（c）（c）（f）（e）圖4-8試驗(yàn)1潰屈破壞過(guò)程圖（f）（e）根據(jù)宏觀定性分析，陡傾坡外的層狀巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生潰屈破壞大致經(jīng)歷了如圖4-8所示的幾個(gè)過(guò)程：在傳送帶摩擦力荷載的驅(qū)動(dòng)下，中上部巖體順層間軟弱面滑移，對(duì)應(yīng)于圖4-8（a）所示的主動(dòng)傳力區(qū)。由于層間軟弱面埋入坡體內(nèi)，致使巖體向下變形受阻，下部巖體形成被動(dòng)擠壓區(qū)而向臨空面方向隆起，產(chǎn)生彎曲變形。在摩擦力以及上部層面擠壓的持續(xù)作用下，邊坡下部巖體發(fā)生壓剪屈服，層狀巖體由輕微彎曲（圖4-8（b））發(fā)展為嚴(yán)重彎曲（圖4-8（c）、（d））。層面張開(kāi)，坡腳剪應(yīng)變強(qiáng)烈集中，呈潰屈向外鼓出，并在邊坡下部形成剪出口。巖體發(fā)生斷裂（圖4-8（e））。下部鎖固段巖體剛度和強(qiáng)度削弱后將導(dǎo)致中上部巖體繼續(xù)下錯(cuò)變形，坡腳部位巖體彎曲隆起加劇，最終導(dǎo)致鎖固段巖體被剪斷，邊坡整體失穩(wěn)（4-8圖（f））。（2）試驗(yàn)2（b）（a）去除兩層巖層，清理干凈后重新架設(shè)儀器，啟動(dòng)儀器，仍有兩層巖樣發(fā)生變形，變形區(qū)在坡腳處，潰屈過(guò)程如下：（b）（a）（d）（c）（e） （f）（d）（c）圖4-9試驗(yàn)2潰屈破壞過(guò)程圖根據(jù)宏觀定性分析，陡傾坡外的層狀巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生潰屈破壞大致經(jīng)歷了如圖4-9所示的幾個(gè)過(guò)程：在傳送帶摩擦力荷載的驅(qū)動(dòng)下，中上部巖體順層間軟弱面滑移，對(duì)應(yīng)于圖4-9（a）所示的主動(dòng)傳力區(qū)。由于層間軟弱面埋入坡體內(nèi)，致使巖體向下變形受阻，下部巖體形成被動(dòng)擠壓區(qū)而向臨空面方向隆起，產(chǎn)生彎曲變形。在摩擦力以及上部層面擠壓的持續(xù)作用下，邊坡下部巖體發(fā)生壓剪屈服，層狀巖體由輕微彎曲（圖4-9（b））發(fā)展為嚴(yán)重彎曲（圖4-9（c）、（d））。層面張開(kāi)，坡腳剪應(yīng)變強(qiáng)烈集中，呈潰屈向外鼓出，并在邊坡下部形成剪出口。巖體發(fā)生斷裂（圖4-9（e））。下部鎖固段巖體剛度和強(qiáng)度削弱后將導(dǎo)致中上部巖體繼續(xù)下錯(cuò)變形，坡腳部位巖體彎曲隆起加劇，最終導(dǎo)致鎖固段巖體被剪斷，邊坡整體失穩(wěn)（4-9圖（f））。（3）試驗(yàn)3清理干凈后，重新開(kāi)始試驗(yàn)，模型有五層土樣發(fā)生變形，變形區(qū)在坡面中部處。潰屈過(guò)程如下：（b）（f）（e）（d）（c）圖4-10試驗(yàn)3潰屈破壞過(guò)程圖（f）（e）（d）（c）根據(jù)宏觀定性分析，陡傾坡外的層狀巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生潰屈破壞大致經(jīng)歷了如圖4-10所示的幾個(gè)過(guò)程：在傳送帶摩擦力荷載的驅(qū)動(dòng)下，中上部巖體順層間軟弱面滑移，對(duì)應(yīng)于圖4-10（a）所示的主動(dòng)傳力區(qū)。由于層間軟弱面埋入坡體內(nèi)，致使巖體向下變形受阻，下部巖體形成被動(dòng)擠壓區(qū)而向臨空面方向隆起，產(chǎn)生彎曲變形。在摩擦力以及上部層面擠壓的持續(xù)作用下，邊坡下部巖體發(fā)生壓剪屈服，層狀巖體由輕微彎曲（圖4-10（b））發(fā)展為嚴(yán)重彎曲（圖4-10（c）、（d））。層面張開(kāi)，坡腳剪應(yīng)變強(qiáng)烈集中，呈潰屈向外鼓出，并在邊坡下部形成剪出口。巖體發(fā)生斷裂（圖4-10（e））。下部鎖固段巖體剛度和強(qiáng)度削弱后將導(dǎo)致中上部巖體繼續(xù)下錯(cuò)變形，坡腳部位巖體彎曲隆起加劇，最終導(dǎo)致鎖固段巖體被剪斷，邊坡整體失穩(wěn)（4-10圖（f））。三次試驗(yàn)有什么不同之處，有什么共同之處？陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈機(jī)制是什么？試驗(yàn)一、試驗(yàn)二和試驗(yàn)三均發(fā)生破壞且均為由于層間軟弱面埋入坡體內(nèi)，致使巖體向下變形受阻，下部巖體形成被動(dòng)擠壓區(qū)而向臨空面方向隆起，產(chǎn)生彎曲變形，由輕微彎曲發(fā)展為嚴(yán)重彎曲，最終形成剪出口而發(fā)生斷裂。試驗(yàn)一和試驗(yàn)二為試驗(yàn)結(jié)果相似，都是在坡腳處發(fā)生變形，均有兩層土樣發(fā)生變形，最終產(chǎn)生破壞。試驗(yàn)三為中部發(fā)生變形，且有五層土樣發(fā)生破壞?？梢?jiàn)陡傾順層巖質(zhì)邊坡的潰屈模式為表面巖層在坡腳處發(fā)生隆起，產(chǎn)生彎曲變形，由輕微彎曲發(fā)展為嚴(yán)重彎曲，最終形成剪出口而發(fā)生斷裂，之后繼續(xù)影響深層巖層由坡中部發(fā)生隆起，產(chǎn)生彎曲變形由輕微彎曲發(fā)展為嚴(yán)重彎曲，最終形成剪出口而再次發(fā)生斷裂。

第三章陡傾順層巖質(zhì)邊坡潰屈分析理論3.1壓桿理論根據(jù)潰屈破壞的地質(zhì)力學(xué)模型建立一端固定一端夾支的壓桿模型（圖3-1）圖3-1壓桿分析模型李樹(shù)森、任光明結(jié)合典型的潰屈型斜坡調(diào)查，建立力學(xué)模型前定義：鹽城走向與坡向一致，巖層厚度相對(duì)于巖層長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)較小，然后去單位寬度巖層，視為板梁建立力學(xué)模型（圖3-2）梁長(zhǎng)度為,在坐標(biāo)系中為方向，與水平線夾角為,即巖層傾角為,厚度為,在坐標(biāo)系中為方向，邊界條件:處為固定端，存在彎矩，處，沿x軸無(wú)約束條件，

處沒(méi)有約束條件，處，受到下部巖層的支撐和阻礙作用，然后取微元體，進(jìn)行受力分析，最終將板梁簡(jiǎn)化成一個(gè)縱向受壓附加彎曲的選加受力模式。(a)整體受力圖 （b）單層受力圖圖3-2李樹(shù)森力學(xué)模型圖設(shè)此板梁彎曲變形的方程為（3-1）根據(jù)能量守恒原理：外力所做的功等于巖體的變形能可得到的臨界荷載：（3-2）式中：為彈性模量，MPa為板梁橫截面慣性矩為頂部荷載，kN對(duì)于多層，雖巖層之間存在摩擦力，但可以戶羅布及，設(shè)每一層的層撓度曲線方程都一樣，可將上式改為（3-3）由上式可求得臨界坡長(zhǎng)為：（3-4）式中：為巖層傾角，（°）；為彈性模量，MPa；為泊松比；為巖層容重，kN/m3；為層間粘聚力，kPa；為層間內(nèi)摩擦角，（°）。3.2彈性板理論依據(jù)壓桿理論所建立的地質(zhì)力學(xué)模型，只考慮沿著坡長(zhǎng)(縱向)對(duì)潰屈的影響，而沒(méi)有考慮橫向長(zhǎng)度對(duì)于潰屈的影響，以劉小麗等(2002)，馮君(2010)為首的學(xué)者將巖層視為彈性板考慮橫向長(zhǎng)度因素對(duì)于潰屈的影響，這更接近于實(shí)際，劉小麗將順層斜坡簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支板建立力學(xué)模型(圖3-3).圖3-3彈性板力學(xué)模型圖

在模型中，板的總長(zhǎng)度為.方向?yàn)榉较?，與水平線夾角為.即巖層傾角為.寬度為.延伸方向?yàn)榉较?，彎曲變形段?則滑移段的長(zhǎng)度為，巖層厚度為，且每一層都相等，巖層間的粘聚力為.內(nèi)摩擦角為。

將板的撓曲變形函數(shù)設(shè)為：

（3-5）

巖板由于彎曲變形而增加的勢(shì)能為,頂部工程作用力和重力的分量所作之功即為外力功為,根據(jù)能量守恒:即：可得到：

（3-6）整理之后可得到的臨界坡長(zhǎng)為：（3-7）式中：。

3.3壓桿理論和彈性板理論的區(qū)別公式（3-4）為壓桿理論模型所得到的臨界坡長(zhǎng)判別公式，公式（3-7）為彈性板力學(xué)模型得到的臨界坡長(zhǎng)計(jì)算公式，通過(guò)兩個(gè)受力分析和力學(xué)模型建立以及求解過(guò)程中看出，彈性板理論和壓桿理論之間存在差異性，均有各自優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1)潰屈寬度

壓桿理論沒(méi)有考慮斜坡橫向?qū)挾葘?duì)潰屈的影響，是以單位寬度來(lái)計(jì)算，彈性板力學(xué)模型將斜坡橫向長(zhǎng)度考慮在內(nèi)，更符合實(shí)際情況，在建立平衡方程時(shí)，考慮邊坡橫向受力情況。

(2)邊界條件

壓桿理論在建立力學(xué)模型時(shí)斜坡下端為固定端，存在彎矩，彈性板力學(xué)模型來(lái)說(shuō)，在建立力學(xué)模型時(shí)，將斜坡簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支板建立力學(xué)模型，所以底端為固定端建立的力學(xué)模型更符合實(shí)際。3.4潰屈穩(wěn)定性評(píng)價(jià)將上述兩種理論方法分別應(yīng)用于大奔流料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性判斷！將上述兩種理論方法分別應(yīng)用于大奔流料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性判斷！層狀巖體是指具有一組占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)面（層理面、片里面等）的巖體。對(duì)于層狀巖體邊坡破壞模式主要包括蠕滑(滑移)一拉裂、滑移一壓致拉裂、彎曲一傾倒拉裂、塑流一拉裂、滑移一彎曲等。特別對(duì)于層狀同向結(jié)構(gòu)，當(dāng)切坡腳易發(fā)生滑動(dòng)破壞，對(duì)于插入坡在巖層較薄傾角較陡時(shí)易發(fā)生潰屈破壞。

第四章大奔流溝料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)4.1料場(chǎng)邊坡工程地質(zhì)條件4.1.1地質(zhì)環(huán)境大奔流溝料場(chǎng)位于壩址左岸下游9km的雅礱江左岸臨江岸坡，距上游錦屏二級(jí)電站閘壩0.3～1km。料場(chǎng)區(qū)自然岸坡為傾角55°～65°的順向邊坡，坡腳河床高程1620m，坡頂高程2414m，開(kāi)挖坡最大高度443m，后緣距離高竣陡峭的自然坡面更近，本邊坡實(shí)際最大高度可達(dá)794m。見(jiàn)圖4-1。大奔流料場(chǎng)邊坡巖體主要為三疊系雜谷組厚層變質(zhì)細(xì)砂巖夾板巖，巖層產(chǎn)狀為N10°～30°E/SE∠64°～72°，邊坡走向與巖層走向近平行，巖層陡傾坡外，坡內(nèi)巖層層間錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，岸坡卸荷強(qiáng)烈。圖4-1錦屏一級(jí)水電站大奔流料場(chǎng)邊坡圖大奔流溝料場(chǎng)位于錦屏一級(jí)電站壩址左岸下游9km的雅礱江左岸臨江岸坡，距上游錦屏二級(jí)電站閘壩0.3～1km。錦屏一級(jí)電站壩址位于雅礱江大河灣干流河段，上距小金河口約20km，地跨木里、鹽源兩縣。壩址控制流域面積10.256萬(wàn)km2，占雅礱江流域面積的75.4%，下距河口358km，距西昌市直線距離約75km。雅礱江流域地處青藏高原東側(cè)邊緣地帶，屬川西高原氣候區(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季分明。每年11月至次年4月為干季。流域南部天氣晴和，降水很少，氣候溫暖干燥；流域北部氣候寒冷干燥。干季日照多，濕度小，日溫差大。5～10月為雨季。流域內(nèi)氣候濕潤(rùn)、降雨集中，雨量約占全年雨量的90～95%，雨日占全年的80%左右。雨季日照少、濕度較大、日溫差小。4.1.2地質(zhì)構(gòu)造工程區(qū)位于錦屏山斷裂西側(cè)2km，三灘倒轉(zhuǎn)向斜之南東翼（正常翼），為一單斜層狀構(gòu)造巖體，巖層總體走向350°～30°，傾向SE，傾角64°～72°。受構(gòu)造作用影響，局部巖層撓曲，其走向?yàn)?0°～56°，傾向SE，傾角陡至80°～85°。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查巖層傾角在EL1865以下傾角主要為64°～69°居多。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查、邊坡與施工支洞的地質(zhì)編錄，工程區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造有斷層、裂隙、層間錯(cuò)動(dòng)帶。4.1.3水文地質(zhì)邊坡工程區(qū)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，向雅礱江和上游側(cè)的大奔流溝排泄，雅礱江是邊坡區(qū)地下水最低排泄基準(zhǔn)面。邊坡地下水類型主要為基巖裂隙水，其次為巖溶水和孔隙水。邊坡EL1670以上無(wú)泉點(diǎn)出露，以下在北側(cè)雅礱江的沿江道路內(nèi)側(cè)見(jiàn)一處W1，出露于（T2-3z3（1-1））變質(zhì)砂巖層面裂隙中，出露EL1665m，出水量30ml/min。因坡面較陡，大氣降水后，大部分水都將沿陡峭的山坡下泄，少量沿裂隙滲入地下再向河谷排泄。從鉆孔揭露及地下水調(diào)查情況看，邊坡地下水位埋深一般在100m～120m，分布高程在EL1868以下。再?gòu)氖┕ぶФ凑{(diào)查情況看，EL1940～1968段仍有一定的地下水活動(dòng)，且主要表現(xiàn)在T2-3z3層砂巖中滲滴水，大理巖中活動(dòng)較少。地質(zhì)分析認(rèn)為，該高程段的地下水活動(dòng)主要與邊坡臨時(shí)施工用水有關(guān)。為研究巖體的透水性，進(jìn)行了27段鉆孔壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本區(qū)弱～微新巖體透水率一般均小于10Lu，為弱透水。僅局部因破碎帶不起壓，為中等～強(qiáng)透水。邊坡工程區(qū)地下水以HCO3-Ca型為主，少量為SO4-HCO3-Mg、HCO3-Mg·Ca型；其PH值為8.3～8.9，礦化度為201.06mg/l～360.01mg/l。地表水、地下水對(duì)混凝土均不具侵蝕性。4.1.4人類工程活動(dòng)料場(chǎng)區(qū)最大自然坡高約860m，料場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)高度518m。2008年10月30日，大奔流溝料場(chǎng)開(kāi)始揭頂開(kāi)挖，2014年11月29日，錦屏一級(jí)水電站正式建成并投入運(yùn)營(yíng)，大奔流溝料場(chǎng)竣工形成順層陡傾443m巖質(zhì)特高人工邊坡，為國(guó)內(nèi)外最高的順層陡傾巖質(zhì)人工邊坡。由于大量工程開(kāi)挖和施工爆破等因素，影響山體的穩(wěn)定性。隨著工程的進(jìn)展，諸多工程活動(dòng)如交通隧洞、施工支洞等在建設(shè)過(guò)程中，改變了地表水徑流條件，大量工程用水排泄不暢、地下水長(zhǎng)時(shí)間集中下滲等情況，嚴(yán)重影響著下級(jí)邊坡巖體穩(wěn)定的內(nèi)、外界條件。4.2料場(chǎng)邊坡潰屈穩(wěn)定性評(píng)價(jià)大奔流溝料場(chǎng)邊坡為順向坡，自然地形坡角50°～55°，局部為直立狀陡崖。在天然狀態(tài)下自然斜坡是穩(wěn)定的。大奔流溝料場(chǎng)因錦屏水電站取料，經(jīng)開(kāi)挖形成人工邊坡。料場(chǎng)西側(cè)（開(kāi)挖Ⅱ、Ⅲ區(qū)及部分Ⅰ區(qū)）為順向邊坡，南側(cè)（開(kāi)挖Ⅰ區(qū)南段）為斜向邊坡，北面及東面為自然臨空面。圖4-1邊坡分區(qū)簡(jiǎn)圖根據(jù)開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)圖，西側(cè)正面邊坡走向NE28°，與巖層走向夾角約2°～10°，基本上為順層開(kāi)挖，形成順向邊坡。其范圍是開(kāi)挖Ⅱ、Ⅲ區(qū)及Ⅰ區(qū)的北段。本文結(jié)合大奔流溝料場(chǎng)開(kāi)挖邊坡走向，對(duì)西側(cè)正面邊坡的地質(zhì)條件進(jìn)行深入研究，分析得出其可能存在的5種破壞模式：①開(kāi)挖邊坡壓剪變形潰屈破壞；②開(kāi)挖邊坡深層滑移剪出破壞；③開(kāi)挖邊坡淺層滑移剪出破壞；④開(kāi)挖邊坡切腳破壞；⑤開(kāi)挖邊坡局部塊體破壞。其中，②發(fā)生的可能性較小，而③、④、⑤一般局部發(fā)育且規(guī)模較小，僅①在西側(cè)正面邊坡各類破壞模式中最為常見(jiàn)，且一旦發(fā)生，規(guī)模較大，后果較為嚴(yán)重。本項(xiàng)目以壓剪潰屈破壞模式為主要研究對(duì)象。料場(chǎng)邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中，因?yàn)檫吰聨r層的真傾角與其綜合開(kāi)挖坡角大致相等，對(duì)于這種數(shù)百米的邊坡，可以將層狀巖體視為薄板，使得開(kāi)挖邊坡具有了層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。邊坡開(kāi)挖后，臨江一側(cè)的層狀巖層處于臨空狀態(tài)，應(yīng)力得到充分釋放，巖層向臨空面缷荷回彈，受此影響，層狀巖體將沿層面產(chǎn)生一定蠕滑，而下部巖體并未有足夠蠕滑空間，下滑的巖體在邊坡下部受阻，以致于邊坡中下部巖體可能出現(xiàn)臌脹、脫空、拉裂甚至脫層現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力集中部位巖體的抗剪強(qiáng)度被壓剪應(yīng)力超越時(shí)，巖層剪切折斷后被上覆巖體擠壓而出，邊坡巖體壓剪潰屈破壞就此行成，其模式見(jiàn)圖4-2。圖4-2邊坡壓剪潰屈破壞演化示意圖對(duì)于順層陡傾巖質(zhì)高邊坡，視其巖體為板狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)處于邊坡底部的巖體受力狀態(tài)，應(yīng)以壓剪應(yīng)力為主，并且其主壓應(yīng)力方向應(yīng)與順層陡傾的巖層層面保持基本平行。在邊坡的中下部巖體中勢(shì)必存在一個(gè)或多個(gè)壓剪應(yīng)力集中區(qū)，正是在幾種外力的共同作用下，中上部邊坡巖體沿層間錯(cuò)動(dòng)帶或其他結(jié)構(gòu)面剪切滑動(dòng)，擠壓邊坡下部巖體產(chǎn)生順層臌脹式變形，直至潰曲破壞。順層陡傾巖質(zhì)邊坡壓剪潰屈破壞與以下因素關(guān)系密切：巖層層厚、層間錯(cuò)動(dòng)帶或結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度、單層巖層臨空高度等。單層巖層的臨空高度越高，距離坡面越近，開(kāi)挖后回彈缷荷就越強(qiáng)，松馳力也就越大，被剪斷的概率也就越高。在邊坡高程1865m以下坡面，層厚5cm～10cm的薄～極薄層狀變質(zhì)砂巖與板巖互層是構(gòu)成坡表的主要巖體，且臨空高度較大，此處極易發(fā)生潰屈破壞。此外，由于大奔流溝料場(chǎng)邊坡巖體變質(zhì)砂巖與板巖存在軟硬相間的結(jié)構(gòu)，加之開(kāi)挖削弱了坡腳的巖體強(qiáng)度，從而更有利于潰屈破壞發(fā)展，因此一定埋深的變質(zhì)砂巖中也可能發(fā)生潰屈破壞。4.3料場(chǎng)邊坡潰屈數(shù)值模擬層狀巖體是一種具有成層分布結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)體，其力學(xué)行為具有明顯的結(jié)構(gòu)面效應(yīng)，巖體中的結(jié)構(gòu)面將巖體切割成大小不一的塊體，使得巖體的變形不連續(xù)和各向異性，因此合理的層狀巖體的力學(xué)模型要能夠考慮介質(zhì)的不連續(xù)性和各向異性。本節(jié)采用考慮軟巖流變的本構(gòu)模型并考慮結(jié)構(gòu)面，基于數(shù)值模擬方法研究邊坡潛在破壞失穩(wěn)機(jī)理。數(shù)值模擬模型依據(jù)大奔流料場(chǎng)邊坡2-2＇縱剖面圖建立。大奔流料場(chǎng)邊坡2-2＇縱剖面工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖4-5。圖4-5大奔流料場(chǎng)邊坡2-2＇縱剖面工程地質(zhì)剖面圖此圖不規(guī)范，缺少縱橫坐標(biāo)，缺少剖面走向等信息此圖不規(guī)范，缺少縱橫坐標(biāo)，缺少剖面走向等信息在計(jì)算過(guò)程中通過(guò)命令流在靠近臨空面的巖層間形成接觸面用以模擬巖層間的結(jié)構(gòu)面，靠近臨空面的巖層采用cvisc粘彈塑性模型，后部巖體采用莫爾庫(kù)倫模型。數(shù)值模擬計(jì)算模型見(jiàn)圖4-6。圖4-6數(shù)值模擬計(jì)算模型圖4.3.1邊界條件與計(jì)算參數(shù)選取數(shù)值模型底部采用固定約束邊界條件，側(cè)邊界約束法向方向位移。二維模型所有節(jié)點(diǎn)y方向（垂直于剖面的方向，z方向?yàn)楦叱谭较颍┪灰凭鶠?，即所有剖面采用平面應(yīng)變模式進(jìn)行分析。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定數(shù)值模擬巖土體和結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表4-1。表4-1巖體物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)類型巖土體類型密度(g/cm3)內(nèi)聚力C（kPa）內(nèi)摩擦角QUOTE（°）體積模量K（法向剛度Kn）(MPa)剪切模量G（切向剛度Ks）(MPa)巖體（mohr）2.683000426.53e119.45e11巖體（cvisc）2.6537024.73.89e116.21e11結(jié)構(gòu)面\518（0.1）（0.2）Cvisc模型中，蠕變參數(shù)開(kāi)爾文剪切模量EK、開(kāi)爾文粘性系數(shù)ηK、麥克斯維剪切模量EM、麥克斯維粘性系數(shù)ηM，根據(jù)3.2節(jié)中的試驗(yàn)結(jié)果，取兩組試驗(yàn)點(diǎn)參數(shù)反演結(jié)果的均值作為數(shù)值模擬中的蠕變模型參數(shù)。EK、ηK取值分別為1.78GPa、5.99GPa?h；EM、ηM取值分別為13.91GPa、5.59×104.3.2數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析通過(guò)數(shù)值模擬（FLAC）的強(qiáng)度折減分析，得到大奔流溝料場(chǎng)邊坡位移云圖與塑性區(qū)分布，如圖4-7～圖4-13所示。（a）開(kāi)挖邊坡（b）中上部巖體（c）下部巖體圖4-7巖體變形形態(tài)圖（a）位移云圖（b）塑性區(qū)圖圖4-8106時(shí)步計(jì)算成果（a）位移云圖（b）塑性區(qū)圖圖4-92×106時(shí)步計(jì)算成果（a）位移云圖（b）塑性區(qū)圖圖4-103×106時(shí)步計(jì)算成果（a）位移云圖（b）塑性區(qū)圖圖4-114×106時(shí)步計(jì)算成果（a）位移云圖（b）塑性區(qū)圖圖4-125×106時(shí)步計(jì)算成果從圖中可以看出，邊坡處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，中上部巖體產(chǎn)生順層滑移，沿層間錯(cuò)動(dòng)帶或?qū)用婊瑒?dòng)下坐，在上覆巖層自重荷載作用下邊坡下部巖體發(fā)生壓剪屈服；同時(shí)巖層向坡外側(cè)產(chǎn)生彎曲變形，層面張開(kāi)，坡腳剪應(yīng)變強(qiáng)烈集中，呈潰屈向外鼓出，并在邊坡下部形成剪出口。由于層狀巖體的不連續(xù)和各向異性，邊坡在變形孕育、發(fā)展與演化過(guò)程中巖體層面間發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)、拉裂張開(kāi)，特別最終破壞階段巖體及結(jié)構(gòu)面發(fā)生大變形、層面脫開(kāi)。圖4-13壓剪破壞示意圖計(jì)算表明，邊坡在漸進(jìn)失穩(wěn)過(guò)程中中下部產(chǎn)生壓剪破壞（圖3-17），層間滑移錯(cuò)動(dòng)、彎曲、張開(kāi)并向臨空面產(chǎn)生較大變形，上部巖