葉艷君
(杭州華龍交通勘察設(shè)計(jì)有限公司,浙江 杭州 310030)
赤平極射投影是以球體作為投影工具,用以表示物體的幾何要素或點(diǎn)、直線、平面的空間方向和它們之間的角距關(guān)系的一種平面投影。以球心作通過球心且垂直投影平面的直線與投影球面的交點(diǎn),稱為球極,投影平面稱為赤道平面,其相應(yīng)的兩個(gè)球極,上部為北極,下部為南極。以投影球的南極或北極為發(fā)射點(diǎn),將點(diǎn)、直線、平面投影(點(diǎn)或線)在投影于赤道平面上。這種投影就稱為赤平極射投影,由此得到的點(diǎn)、直線、平面在赤道平面上的投影圖就成為赤平極射投影圖。
在巖石邊坡工程中,一些不連續(xù)面控制的局部破壞是巖質(zhì)邊坡的主要破壞形式,例如斷層、節(jié)理等,赤平投影方法是判斷這類穩(wěn)定問題的主要方法之一[1]。在巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究和實(shí)踐中,主要應(yīng)用的是通過投影球心的平面和直線的赤平極射投影,用于表示巖體的結(jié)構(gòu)面、工程開挖面、工程作用力、巖體的滑移方向、滑動(dòng)力和抗滑力等,在作圖時(shí),不考慮直線和平面的空間位置,只表示它們的空間方向而將直線和平面一并平移至投影球中心,作為它們的赤平極射投影。赤平投影圖常用于層狀結(jié)構(gòu)巖體邊坡穩(wěn)定性分析。巖石的破壞形式及其赤平投影理論認(rèn)為巖體的破壞形式主要有兩種,平面滑動(dòng)破壞和楔形體破壞,即單滑面破壞與雙滑面破壞[2~4]。
本文中赤平投影的方法采用下半球投影法,即以空心圓球球頂為發(fā)射點(diǎn),將空間任意產(chǎn)狀的線、平面與設(shè)想的空心球的交點(diǎn)、交線投影到赤平面上。投影方法也可以用下半球的極點(diǎn)為發(fā)射點(diǎn),投影到上半球。兩種投影所得到的圖形完全相同,但位置是不同的,如將投影圖轉(zhuǎn)動(dòng)180°,就可將上、下半球的投影互換[5]。
現(xiàn)以新建鐵路林織線某巖質(zhì)岸坡作為研究對象。經(jīng)過野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)整理,得出該巖質(zhì)岸坡層面產(chǎn)狀347°∠4°,坡面產(chǎn)狀325°∠82°,兩組優(yōu)勢控制結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀為28°∠76°、141°∠74°。通過巴頓模型以及野外數(shù)據(jù)確定抗剪參數(shù),最后可以求得等效內(nèi)摩擦角tanφ=0.84。通過這些數(shù)據(jù)畫出下半球投影圖,參見圖1。
圖1 巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影
不計(jì)凝聚力各類滑塌體的穩(wěn)定系數(shù)按下式確定:
直接墜落:K=0
平面滑動(dòng)破壞(單滑面):
楔形體破壞(雙滑面):
通過上述穩(wěn)定性計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果參見表1,表2。
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圖2 邊坡巖體穩(wěn)定性分析
由邊坡穩(wěn)定性分析圖分析(圖2),坡面投影區(qū)穿越單滑面2,雙滑面13、23以及墜落體G,故不在邊坡面上形成滑塌體,而只有單滑面1、3,雙滑面12的滑塌形式是在邊坡臨空面出露的滑塌體。從穩(wěn)定性系數(shù)分析得知,單滑面1的穩(wěn)定性系數(shù)為12.01,雙滑面12的穩(wěn)定性系數(shù)為15.69,屬于穩(wěn)定狀態(tài);而單滑面3的穩(wěn)定性系數(shù)為0.24,在內(nèi)外力作用下,巖體穩(wěn)定狀態(tài)差,需要采取相應(yīng)的工程措施。通過赤平極射投影法進(jìn)行穩(wěn)定性分析表明,被不同數(shù)量的貫通裂隙切割的坡體的穩(wěn)定性系數(shù)有顯著的不同。
(1)根據(jù)赤平投影的成圖原理,可以方便快捷的對巖質(zhì)邊坡進(jìn)行精確的穩(wěn)定性計(jì)算,對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析具有工程實(shí)用的價(jià)值。
(2)通過赤平極射投影法進(jìn)行穩(wěn)定性分析表明,被不同數(shù)量貫通裂隙切割的坡體穩(wěn)定性系數(shù)有顯著的不同。
[1]王海斌,李永盛.赤平投影的程序化方法與實(shí)現(xiàn)[J].巖土工程技術(shù),2004,18(2)
[2]蔣爵光.用赤平投影進(jìn)行節(jié)理巖體穩(wěn)定性分析的方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),1985(2)
[3]石根華.巖體穩(wěn)定分析的赤平投影方法[J].中國科學(xué),1977(3)
[4]孫玉科,古訊.赤平極射投影在巖體工程地質(zhì)力學(xué)中的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1980:50-67
[5]徐春才.用Auto CAD繪制赤平投影圖軟件[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,1996(3)