基于邊坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的楔形滑坡討論
2015-03-20
1 引言
邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)研究已經(jīng)成為近代滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)及控制的重要課題。國(guó)內(nèi)外對(duì)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)方法主要包括位移、巖體傾斜、地下水及巖體破壞聲發(fā)射等手段，其中應(yīng)用最廣泛的是位移和巖體變形監(jiān)測(cè)。然而，有位移和變形并不一定產(chǎn)生滑坡，滑動(dòng)力才是決定滑坡災(zāi)害發(fā)生的先決條件?；掳l(fā)生與否決定于“下滑力” 和“抗滑力” 之間平衡狀態(tài)變化。只有滑動(dòng)力超過(guò)巖體抗剪強(qiáng)度，邊坡才會(huì)發(fā)生破壞。
“滑坡災(zāi)害及邊坡應(yīng)力智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)” 是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）巖土工程研究中心何滿潮教授提出并研發(fā)的一套具有實(shí)用價(jià)值的滑動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用“穿刺攝動(dòng)”技術(shù)，把力學(xué)傳感系統(tǒng)穿過(guò)滑動(dòng)面，固定在相對(duì)穩(wěn)定的滑床之上，施加預(yù)應(yīng)力 ，力學(xué)上稱為“攝動(dòng)力”，將可測(cè)的人為力學(xué)系統(tǒng)插入到不可測(cè)的天然力學(xué)系統(tǒng)中，組成一個(gè)部分力學(xué)量可測(cè)的復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)力的間接求解，進(jìn)而推導(dǎo)出可測(cè)力學(xué)量和非可測(cè)力學(xué)量之間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量 的大小，就可判斷滑坡體內(nèi)應(yīng)力的變化狀態(tài)以及超前預(yù)報(bào)滑坡災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間和規(guī)模。
我國(guó)滑坡地質(zhì)災(zāi)害種類繁多，滑動(dòng)面幾何形態(tài)各異，而楔形滑坡是一種常見(jiàn)的邊坡破壞形式，因此針對(duì)楔形滑坡的研究討論對(duì)于豐富和改進(jìn)邊坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要意義。
2 楔形滑坡模型及其計(jì)算
2.1楔形滑坡模型假定
楔體結(jié)構(gòu)，即塊裂結(jié)構(gòu)是巖體中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，受幾組不同產(chǎn)狀的控制性結(jié)構(gòu)面切割，形成不同形態(tài)的塊體。在自然條件下，這些塊體處于平衡狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)挖邊坡后，邊坡內(nèi)巖體應(yīng)力狀態(tài)重分布，暴露在臨空面上的某些塊體失去原有平衡狀態(tài)，沿結(jié)構(gòu)面滑移導(dǎo)致局部失穩(wěn)，進(jìn)而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成整個(gè)邊坡失穩(wěn)破壞。破壞巖體一般呈楔形結(jié)構(gòu)，如圖1：
在滑動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可測(cè)性原理基礎(chǔ)上，用極限平衡理論對(duì)楔形滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。圖1表示了楔形變形體遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)邊坡滑動(dòng)力監(jiān)測(cè)的力學(xué)模型，該模型假設(shè)如下：
?、倩乱暈閯傮w，即滑坡過(guò)程中不發(fā)生拉伸和壓縮變形；②滑動(dòng)面為楔形滑移面；③巖體相對(duì)隔水，沿滑移軟弱面和后緣裂隙分布靜水壓力；
④下滑力和抗滑力平行于滑面，巖體之間的作用力按內(nèi)力來(lái)考慮；⑤考慮靜水壓力，不考慮地震和爆破擾動(dòng)等影響因素。
一般以三角形為基本計(jì)算單元，三角形面積采用已知三邊長(zhǎng)的計(jì)算公式
2.2 楔形滑坡下滑力的計(jì)算
根據(jù)極限平衡理論對(duì)楔形邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算：
?。?）楔形體的自重：
?。?）將 分解為與交線CD平行的 和垂直的 ，如圖2所示，α可從赤平極射投影圖上確定；
?。?）當(dāng)?shù)乇斫邓畯男ㄐ误w后緣拉裂面滲入后，經(jīng)過(guò) 和 軟弱面，楔形體所受孔隙水壓力應(yīng)力如圖3。
作用于兩軟弱面 和 上的孔隙水壓力分別為：
（5）攝動(dòng)力 作用于軟弱面 和軟弱面 上的法向分力 和 。根據(jù)應(yīng)力圖解求得：
（6）當(dāng)巖體處于極限平衡狀態(tài)，楔形滑動(dòng)面兩個(gè)軟弱面切向力有：
結(jié)論
通過(guò)計(jì)算建立楔形滑移面下滑力和攝動(dòng)力之間的函數(shù)關(guān)系，得出下滑力。說(shuō)明在楔形滑坡模型中，通過(guò)滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下攝動(dòng)力的引入，便可由對(duì)攝動(dòng)力 的監(jiān)測(cè)而算出下滑力的大小。由此監(jiān)測(cè)滑坡體內(nèi)應(yīng)力
的變化狀態(tài)，進(jìn)行滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)研究。
邊坡滑動(dòng)面幾何特征復(fù)雜多樣，用一種監(jiān)測(cè)力學(xué)模型難以概括和模擬出所有滑坡監(jiān)測(cè)實(shí)際情況。本文在滑動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可測(cè)性原理的基礎(chǔ)上，建立了楔形滑坡人為力學(xué)和天然力學(xué)系統(tǒng)之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)楔形滑坡監(jiān)測(cè)力學(xué)模型的推導(dǎo)，在前人研究的基礎(chǔ)上，完善了原有監(jiān)測(cè)力學(xué)模型，且大大提高了監(jiān)測(cè)精度，為滑坡超前預(yù)警預(yù)報(bào)提供可更加科學(xué)的理論基礎(chǔ)。
研究結(jié)果表明，滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同樣應(yīng)用和推廣在楔形滑坡上，具有極高的工程和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。為日后相關(guān)楔形滑坡的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供一定參考，結(jié)合具體的工程可作進(jìn)一步的研究討論。
