摘 要：為研究地震作用下層狀巖石邊坡的穩(wěn)定性，以西南地區(qū)的典型邊坡為原型，使用FLAC 3D軟件建立數(shù)值模擬模型，在指定的地震動(dòng)荷載條件下計(jì)算開挖后不同的邊坡形態(tài)對(duì)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，以現(xiàn)行規(guī)范為參照，得出在地震作用下容許的最大邊坡開挖高度和坡度，同時(shí)指出其破壞的外觀表現(xiàn)為橫向擴(kuò)展或順層滑移等形式。

關(guān)鍵詞：地震;巖石;層狀邊坡;FLAC3D;穩(wěn)定性

由于邊坡內(nèi)部層狀分布的特性，層間空隙及軟弱層的存在使得動(dòng)荷載在坡體中傳遞時(shí)可能誘發(fā)滑坡或垮塌。在地震作用下這一類型的邊坡的破壞機(jī)理一直是有待探索的方向。本文基于FLAC3D軟件的建模以及動(dòng)力時(shí)程分析方法[1]，對(duì)某實(shí)際工程的順層巖質(zhì)邊坡施加地震荷載，進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定性分析，結(jié)合現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，提出該工點(diǎn)的臨界安全坡高及坡度。

一、工程概況

建立模型時(shí)，參考了西南地區(qū)典型邊坡的巖土數(shù)據(jù)，天然未開挖狀態(tài)下邊坡的坡度約為20～30°，巖層產(chǎn)狀傾角約為20°。邊坡高度較大，坡表層面清晰坡內(nèi)層面緊閉而粗糙為典型硬質(zhì)巖順層邊坡[2]。各巖層按照風(fēng)化程度可分為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖石。邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

二、模型設(shè)置

模型高度為h，縱向邊界為水平線以下5m，y方向的寬度取20m，模型采用FLAC3D支持的庫(kù)倫-摩爾計(jì)算準(zhǔn)則，同時(shí)通過 “interface”命令給巖層層面的c、φ值以及法向剛度等賦值，如圖1。

地震波采用汶川地震波節(jié)選部分[3]，峰值加速度為0.30g，地震數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為0.02秒，持續(xù)時(shí)間取4s，其加速度時(shí)程如下圖所示。

根據(jù)邊坡外觀尺寸的不同建立了相關(guān)模型，外觀尺寸參數(shù)中坡高包括10m、15m、20m、25m、30m、40m、50m、60m，坡率包括1：1.5、1：1.2、1：1、1：0.75、1：0.5。

三、安全臨界坡高坡度計(jì)算

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）的規(guī)定[4]：采用靜力法對(duì)路基進(jìn)行抗震穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，高速公路和一級(jí)公路、二級(jí)公路路基邊坡高度大于20m的，路基邊坡抗震穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.15，路基邊坡高度小于或等于20m的，不應(yīng)小于1.1。

坡度1：1高度20m的邊坡模型，計(jì)算所得安全系數(shù)為1.00，但觀察其震后位移時(shí)程曲線和最大剪應(yīng)力云圖（圖3）可知，在地震后仍持續(xù)產(chǎn)生位移，趨向失穩(wěn)狀態(tài)發(fā)展。其余邊坡尺寸的安全系數(shù)計(jì)算如表2。

插值后可得出地震作用下該邊坡的臨界安全坡度及高度如表3。

四、結(jié)論

（一）邊坡高度、坡度與邊坡穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)。層狀巖石的傾角較緩時(shí)，由于下滑力分量較小，破壞形式多為橫向裂縫擴(kuò)展，地震波在坡體中傳遞時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)。在坡度足夠陡時(shí)，更容易在地震作用下形成臨空面，邊坡內(nèi)部拉裂破壞形成滑移破壞。

（二）由剪應(yīng)力云圖可以看出，地震作用時(shí)軟弱層首先開始產(chǎn)生受剪破壞，隨后在上覆巖體自重作用下引起滑坡，此時(shí)邊坡失穩(wěn)受巖體自重和軟弱層破壞的影響較大。

（三）通過模擬計(jì)算得到地震作用下改模型邊坡在進(jìn)行挖方邊坡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足的臨界安全高度及坡度：坡度1：0.5時(shí)動(dòng)力臨界高度為12.6m;坡度1：0.75時(shí)動(dòng)力臨界高度為14.51m;坡度1：1時(shí)動(dòng)力臨界高度為16.87m;坡度1：1.2時(shí)動(dòng)力臨界高度為18.66m;坡度1：1.5時(shí)動(dòng)力臨界高度為22.27m;所得數(shù)據(jù)對(duì)巖石邊坡工程的開挖設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[4] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程抗震規(guī)范（JTG B02-2013）[S].北京：人民交通出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：陳思芃（1996—），男，漢族，廣西南寧人，工學(xué)碩士，單位：廣西交通投資集團(tuán)南寧高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，研究方向：道路路基與路面工程。