岩质边坡剩余下滑力与边坡高度的探讨
2015-03-08袁恒
袁 恒
(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016)
P=T-R/FS
T=γ·S×sinα
R=γ·S×cosα×tanφ+c·l
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岩质边坡剩余下滑力与边坡高度的探讨
袁 恒
(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016)
针对存在外倾结构面的岩质边坡平面块体滑动模式，推导了剩余下滑力新的计算公式，新的计算公式表明了在一具体的工程场地，工程地质条件一定的情况下，边坡沿外倾结构面下滑时的剩余下滑力是关于边坡高度H的二次抛物线函数，并通过工程实例，计算了不同类型外倾结构面的边坡临界高度H2，通过临界高度判断了边坡支护设计时需要计算的荷载类型。
边坡，下滑力，高度，计算
0 引言
在山城重庆，随着城市化进程的不断加剧，进行着大量的工程建设，在建设中场地平整、地下空间的开发往往会形成大量的挖方岩质边坡，岩质边坡稳定性主要受两种情况控制：一类为无外倾结构面(规范规定当边坡坡向与结构面倾向夹角小于30°时，该结构面为外倾结构面)的边坡，稳定性受岩体强度控制；另一类为有外倾结构面的边坡，稳定性受结构面强度控制。第一类边坡在支护设计时取岩体侧压力，为作用在支护结构上的荷载，第二类边坡在支护设计时为作用在支护结构上的荷载，取岩体侧压力与岩体沿外倾结构面下滑的剩余下滑力两者间较大值。因此对于有外倾结构面的边坡剩余下滑力的计算非常重要，而对一个具体的场地边坡开挖方式确定后，剩余下滑力与边坡高度有关，因此寻找剩余下滑力与边坡高度关系有非常重要的意义。本文将采用平面滑动法，通过剩余下滑力公式的推导，确定剩余下滑力与边坡高度之间的关系。
1 剩余下滑力计算公式
在计算岩体沿外倾结构面下滑时的剩余下滑力时，往往取外倾结构面的向地表延伸与地面交线的块体作为下滑岩体。在建立计算模型时简化如下：地表水平，下滑体为均质岩土体，不考虑外加荷载的作用(如图1所示)。
根据GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范中剩余下滑力计算公式隐式解可知：
P=T-R/FS
(1)
T=γ·S×sinα
(2)
R=γ·S×cosα×tanφ+c·l
(3)
其中，P为剩余下滑力，kN/m;T为下滑力，kN/m;R为抗滑力，kN/m;FS为边坡安全系数；γ为岩土体重度，kN/m3;S为下滑块体的面积，m2;α为岩层层面倾角，(°);φ为岩层层面内摩擦角，(°);c为岩层层面粘聚力，kPa;l为滑面长度，m。
当岩体裂隙不发育，没有裂隙面切割岩体时，计算岩体取ΔABC作为下滑岩体，则：
(4)
由式(1)～式(4)得：
(5)
令P=0， 则有：
由式(5)可知，对于一个具体的场地而言，岩体重度γ、岩体倾角α、外倾结构面抗剪强度c，φ均为已知，剩余下滑力是关于边坡高度H的二次抛物线函数(如图2所示)。
若tanα 若tanα>tanφ/FS，则H2>0，H为P关系曲线为抛物线②，根据实际情况H≥0,P≥0(P<0时取0)，因此当H∈(0,H2)时，剩余下滑力P始终为0，与边坡高度H无关，边坡稳定性受岩体强度控制。当H∈[h]2,+∞)时，剩余下滑力P随边坡高度H增大而增大，边坡越高越不稳定。因此H2为该类边坡是否存在剩余下滑力的临界高度。 某场地岩体为中风化砂岩泥岩互层，岩层产状为102°∠25°，场地体发育两组裂隙分别为J1：产状290°∠56°，J2：产状192°∠80°，根据设计方案平场后，将形成高度不等的岩质基坑边坡，垂直开挖。根据场地内勘察报告，岩体平均重度取24.8kN/m3，岩层层面内摩擦角取12°，内粘聚力取20kPa，裂隙面内摩擦角取18°，内粘聚力取50kPa，边坡安全等级为一级，安全系数取1.35。为对各种高度不等的边坡进行支护设计，需确定各种边坡的破坏类型及计算岩体下滑力，现根据本文推导下滑力计算公式计算各种不同高度不同外倾结构面的边坡剩余下滑力。 当岩层层面为外倾结构面时有： tanα=0.466，tanφ/FS=0.157，临界高度H2=4.7m，则剩余下滑力P与边坡高度H的关系曲线为抛物线②，当边坡高度H<4.7m时，边坡剩余下滑力P均为0，边坡稳定度主要受岩体强度控制；当边坡高度H>4.7m时，边坡剩余下滑力P随边坡高度H增大而增大，边坡不稳定，易沿岩层层面发生下滑。 当裂隙J1为外倾结构面时有： tanα=1.482，tanφ/FS=0.241，临界高度H2=7.69 m，则剩余下滑力P与边坡高度H的关系曲线为抛物线②，当边坡高度H<7.69 m时，边坡剩余下滑力P均为0，边坡稳定度主要受岩体强度控制；当边坡高度H>7.69 m时，边坡剩余下滑力P随边坡高度H增大而增大，边坡不稳定，易沿岩层层面发生下滑。 当裂隙J2为外倾结构面时有： tanα=5.67，tanφ/FS=0.241，临界高度H2=18.23 m，则剩余下滑力P与边坡高度H的关系曲线为抛物线②，当边坡高度H<18.23 m时，边坡剩余下滑力P均为0，边坡稳定度主要受岩体强度控制；当边坡高度H>18.23 m时，边坡剩余下滑力P随边坡高度H增大而增大，边坡不稳定，易沿岩层层面发生下滑。 上述计算结果表明：在该场地内，若岩质边坡为顺向边坡，高度在4.7 m以下时，仅考虑岩体侧压力作为支护结构的荷载，当高度大于4.7 m时，应比较剩余下滑力与岩体侧压力，取较大者作为支护结构的荷载；若岩质边坡存在裂隙J1外倾结构面，高度在7.69 m以下时，仅考虑岩体侧压力作为支护结构的荷载，当高度大于7.69 m时，应比较剩余下滑力与岩体侧压力，取较大者作为支护结构的荷载；若岩质边坡存在裂隙J2外倾结构面，高度在18.23 m以下时，仅考虑岩体侧压力作为支护结构的荷载，当高度大于18.23 m时，应比较剩余下滑力与岩体侧压力，取较大者作为支护结构的荷载。 本文针对存在外倾结构面的岩质边坡平面块体滑动模式，基于GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范中剩余下滑力计算公式推导剩余下滑力新的计算公式，并通过工程实例对新的计算公式进行了验证，得出以下结论： 1)在一具体的工程场地，工程地质条件一定的情况下，边坡沿外倾结构面下滑时的剩余下滑力是关于边坡高度H的二次抛物线函数。 2)若tanα 3)工程实例计算不同类型外倾结构面的边坡临界高度H2，通过临界高度来判断边坡支护设计时需要计算的荷载类型。 [1]GB 50330—2013，建筑边坡工程技术规范. [2]JGJ 120—99，建筑基坑支护技术规程. Inquiry on rocky-slope residual sliding force and slope height Yuan Heng (ChinaCoalScienceIndustryGroupChongqingDesignAcademyCo.,Ltd,Chongqing400016,China) In light of rocky-slope sliding mode with out-dip structural plane, the paper induces new residual sliding force computation formula. The new computation formula shows that: residual sliding force is quadratic parabola relating to slope heightHof out-dip structural plane under certain engineering geology conditions in specific engineering field. Through engineering examples, it calculates critical slope heightH2of different out-dip structural plane, and tells computation load style in slope support design. slope, sliding force, height, computation 1009-6825(2015)21-0063-02 2015-05-13 袁 恒(1983- )，男，工程师 TU413.62 A2 工程实例
3 结语
