肖云飛， 張 晨， 徐 輝， 薛丹璇

(1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 天津 300381； 2.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院， 西安 710000；3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所， 鄭州 450001)

中國黃土高原主要分布在西北地區(qū)和黃河中下游，其地層完整，厚度極大，世界罕見。這里是中華民族的發(fā)源地之一，也是生土工程最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一[1]。由于黃土高原具有溝谷縱橫，梁峁密布的地貌特點(diǎn)[2]，干旱少雨的氣候條件，以及黃土自身具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的力學(xué)特征，很適合建造和發(fā)展窯洞民居[3]。同時(shí)，生土建筑的經(jīng)濟(jì)性使得黃土高原地區(qū)的民居窯洞有了很大的發(fā)展。然而黃土中節(jié)理發(fā)育普遍，節(jié)理也被認(rèn)為是黃土最為普遍且特殊的性質(zhì)，對(duì)黃土特性有著不可忽略的影響[4]。此外，黃土窯洞直接暴露于大自然，很容易受到外界環(huán)境的影響，諸如溫度及植物根劈作用等會(huì)導(dǎo)致窯洞節(jié)理裂隙進(jìn)一步發(fā)育，而窯洞廢棄后節(jié)理裂隙更加發(fā)育。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及黃土地區(qū)工程活動(dòng)的不斷開展，廢棄窯洞越來越多，洞室穩(wěn)定性問題日益凸顯，對(duì)其穩(wěn)定性影響極為重要的黃土節(jié)理的研究也越來越受到重視[5]。

人們很早就注意到黃土中的節(jié)理，但對(duì)節(jié)理在黃土總體性質(zhì)、特征、分類和對(duì)工程建設(shè)危害等方面的研究仍有不足。姜海波等[6]對(duì)陜北公路工程中的黃土節(jié)理進(jìn)行研究，分析總結(jié)不同節(jié)理走向和組合形式對(duì)公路邊坡穩(wěn)定性的影響；王麗麗等[7]通過對(duì)黃土進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)，分析了節(jié)理性黃土試樣的強(qiáng)度和破壞規(guī)律；王平等[8]調(diào)查研究了黃土高原中典型構(gòu)造節(jié)理的分布、產(chǎn)狀和形態(tài)特征；康塵云等[9]利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)隴西地區(qū)黃土的節(jié)理幾何特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；黃迪等[10]使用邁達(dá)斯軟件模擬窯洞開挖階段時(shí)邊坡的情況，認(rèn)為在施工初始階段黃土中大量節(jié)理導(dǎo)致邊坡處于相對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)；孟龍[11]詳細(xì)調(diào)查了寧夏地區(qū)的窯洞病害，并通過有限元模擬X節(jié)理和張節(jié)理對(duì)窯洞穩(wěn)定性的影響；李康[12]通過選取陜北地區(qū)黃土窯洞的土質(zhì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，運(yùn)用邁達(dá)斯軟件研究了節(jié)理發(fā)育特征對(duì)黃土窯洞圍巖穩(wěn)定性的影響。盡管取得了這些成果，但成果主要集中在陜北地區(qū)，對(duì)關(guān)中地區(qū)節(jié)理影響黃土洞室邊坡的研究仍然很少，尤其是目前日益增多的廢棄黃土窯洞，同時(shí)節(jié)理一般成組出現(xiàn)，因此對(duì)成對(duì)節(jié)理的研究具有重大的意義?；诖耍躁P(guān)中地區(qū)白鹿塬南側(cè)一處廢棄靠崖式黃土窯洞邊坡為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)廢棄黃土窯洞節(jié)理的分布特征及發(fā)育規(guī)律，調(diào)查區(qū)域內(nèi)廢棄黃土窯洞的破壞特征進(jìn)而總結(jié)破壞模式，最后基于數(shù)值模擬方法探討成對(duì)黃土節(jié)理對(duì)廢棄黃土窯洞邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 研究區(qū)節(jié)理分布及特征

黃土節(jié)理在黃土層中發(fā)育極為普遍，特別是垂直節(jié)理最為普遍，是構(gòu)成黃土的主要特征之一。黃土節(jié)理可分為原生節(jié)理和次生節(jié)理，而次生節(jié)理主要包括構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理和卸荷節(jié)理[13]。其中Q2黃土密實(shí)堅(jiān)硬，構(gòu)造節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)顯而易見。相關(guān)研究表明原生節(jié)理是次生節(jié)理的基礎(chǔ)，次生節(jié)理是在原生節(jié)理的基礎(chǔ)上，由于外力(荷載、水分和風(fēng)化)作用下，進(jìn)一步發(fā)展形成的。研究區(qū)內(nèi)節(jié)理廣泛發(fā)育，廢棄黃土窯洞的次生節(jié)理尤為發(fā)育(圖1)。

圖2 研究區(qū)節(jié)理玫瑰花圖Fig.2 Joint rose flower diagram in the study area

圖3 研究區(qū)節(jié)理等密度圖Fig.3 Joint iso-density map of the study area

通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)主要發(fā)育兩優(yōu)勢(shì)節(jié)理(圖2)，產(chǎn)狀分別為108.5°∠90°和53°∠87.5°，從等密度圖(圖3)可以看出，研究區(qū)廢棄黃土窯洞節(jié)理發(fā)育的節(jié)理較為集中。

同時(shí)，通過實(shí)地調(diào)查研究區(qū)內(nèi)的廢棄黃土窯洞，發(fā)現(xiàn)窯洞及周圍巖土體中的節(jié)理分布具有一定的規(guī)律性：①研究區(qū)靠崖式窯洞開口方向?yàn)?0°～120°；②窯洞拱頂部位發(fā)育有走向與洞軸平行的張節(jié)理；③研究區(qū)內(nèi)緩傾角節(jié)理較少，近垂直節(jié)理較多且成組發(fā)育；④廢棄黃土窯洞窯臉和拱頂?shù)腦節(jié)理發(fā)育，夾角多在20°～45°。

2 廢棄黃土窯洞災(zāi)害的主要類型

依據(jù)對(duì)研究區(qū)的詳細(xì)調(diào)查并參考前人的研究成果，區(qū)內(nèi)廢棄黃土窯洞破壞的主要類型包括：裂縫、窯洞冒頂和窯洞崩塌[14]。

2.1 裂縫

研究區(qū)的裂縫可分為窯洞內(nèi)的裂縫和窯洞周圍土體的裂縫。廢棄黃土窯洞內(nèi)的裂縫(圖4)按成因可分為原生裂縫與次生裂縫，原生裂縫是指窯洞中跨由于受到土體壓力從而導(dǎo)致拱圈發(fā)生錯(cuò)位或者斷裂所引起的裂縫，是一種深裂縫，一般出現(xiàn)在窯腳附近的邊跨位置。次生裂縫一般出現(xiàn)在窯洞的中跨位置即拱頂處，其危險(xiǎn)性小于原生裂縫，但部分廢棄窯洞有近平行等間距的次生裂縫發(fā)育，其對(duì)窯洞的安全性影響很大，當(dāng)窯洞因?yàn)榻涤暝斐勺灾卦黾踊蚴艿降卣鸬韧獠亢奢d時(shí)，會(huì)造成大規(guī)模的坍塌破壞。

廢棄黃土窯洞周圍土體的裂縫(圖5)一部分是在窯洞開挖建造過程中，由于卸荷作用導(dǎo)致土體應(yīng)力狀態(tài)的改變而產(chǎn)生的位移變形；另一部分是在窯洞建成后在多種地質(zhì)環(huán)境因素的綜合作用下出現(xiàn)的位移形變。不同種類的裂縫會(huì)對(duì)窯洞的破壞產(chǎn)生不同的影響。研究區(qū)廢棄黃土窯洞周圍土體的裂縫按性質(zhì)分類可分為剪切裂縫和拉張裂縫；按形態(tài)分類可分為豎向、斜向、環(huán)向、和橫向裂縫。

圖4 廢棄窯洞內(nèi)的裂縫Fig.4 Cracks in abandoned cave dwellings

圖5 廢棄窯洞周圍土體的裂縫Fig.5 Cracks around the abandoned cave dwellings

2.2 窯洞冒頂

窯洞冒頂通常發(fā)生在窯洞中跨拱頂保護(hù)層薄弱或者洞室跨度過大以及拱圈比例失衡的窯洞中，且當(dāng)窯洞上部存在古土壤層時(shí)更容易產(chǎn)生冒頂破壞。另外，降雨入滲導(dǎo)致窯頂土體松動(dòng)以及干濕循環(huán)導(dǎo)致黃土干縮而引起土體節(jié)理裂隙的二次發(fā)育也會(huì)導(dǎo)致窯洞冒頂破壞的發(fā)生。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，此類病害在廢棄黃土窯洞中更易發(fā)生。按照窯洞冒頂出現(xiàn)的位置進(jìn)行分類，可將研究區(qū)內(nèi)的廢棄黃土窯洞冒頂分為窯臉冒頂和拱圈冒頂。

2.2.1 窯臉冒頂

窯臉冒頂大多是由于窯臉部位的土體受縱向裂縫切割作用的影響而產(chǎn)生的破壞，且該部位土體暴露于自然當(dāng)中，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，且黃土邊坡陡立，在雨水、自重以及植物根劈作用的影響下，節(jié)理裂隙進(jìn)一步發(fā)育，從而出現(xiàn)的一種局部冒頂破壞。研究區(qū)廢棄黃土窯洞的窯臉冒頂主要表現(xiàn)為窯臉局部位置土體受風(fēng)化及植物根劈作用導(dǎo)致的窯臉后退(圖6)。

圖6 廢棄窯洞窯臉冒頂Fig.6 Roof fall of the abandoned cave dwellings face

2.2.2 拱圈冒頂

窯洞拱圈冒頂是指窯洞內(nèi)部拱圈部位受土體壓力或者外界因素的影響產(chǎn)生裂縫，隨著時(shí)間的推移，由于沒有有效的修復(fù)而導(dǎo)致的拱圈土體塌落破壞(圖7)。當(dāng)拱圈上部發(fā)育古土壤層時(shí)，由于古土壤抗風(fēng)化能力弱，容易發(fā)生剝蝕掉落現(xiàn)象，從而導(dǎo)致拱圈破壞在這種窯洞中更為普遍。

圖7 廢棄窯洞拱圈冒頂Fig.7 Roof fall of the abandoned cave dwellings

2.3 窯洞崩塌

2.3.1 局部崩塌

研究區(qū)廢棄黃土窯洞的局部崩塌主要表現(xiàn)為窯洞窯臉局部碎裂、掉落。研究區(qū)窯洞拱頂發(fā)育一層古土壤層，而古土壤層易受風(fēng)化等外界因素的影響，外界影響后的古土壤易松散和破碎，導(dǎo)致廢棄黃土窯洞拱底處土體容易發(fā)生崩解，碎落，從而產(chǎn)生窯臉凹槽現(xiàn)象(圖8)。窯洞的局部崩塌在崩塌規(guī)模上較窯臉冒頂更大，同時(shí)也包括窯洞內(nèi)拱圈以及邊跨位置的土體整體掉落。

2.3.2 整體崩塌

黃土窯洞的整體崩塌是指窯洞發(fā)生整體式的倒塌或者塌落，多是由于窯洞兩壁發(fā)育的節(jié)理、裂隙在連續(xù)強(qiáng)降雨等不利條件下進(jìn)一步發(fā)展，從而導(dǎo)致窯洞的完整性和穩(wěn)定性降低，發(fā)生洞頂失穩(wěn)，大量掉塊等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致窯洞的整體坍塌破壞，如圖9所示。

圖9 廢棄窯洞整體崩塌Fig.9 Collapse of whole abandoned cave dwellings

3 廢棄窯洞邊坡變形破壞模式

根據(jù)對(duì)研究區(qū)詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和廢棄黃土窯洞邊坡變形破壞特征研究，將研究區(qū)內(nèi)廢棄黃土窯洞破壞模式概括為：窯洞冒頂和窯洞崩塌兩種破壞模式，并用三維模型演示不同模式下窯洞的破壞演化過程。

3.1 窯洞冒頂破壞

窯洞冒頂破壞是廢棄黃土窯洞中窯洞內(nèi)部拱圈位置土體在節(jié)理裂隙切割作用下產(chǎn)生土塊墜落，并不斷向四周和洞頂擴(kuò)展的破壞。它的形成與窯洞內(nèi)拱圈的裂縫密切相關(guān)。窯洞冒頂破壞的形成可分為如下4個(gè)階段。

(1)階段1：裂縫形成發(fā)展階段。窯洞頂部拱圈處由于覆土壓力產(chǎn)生原生裂縫，裂縫逐漸發(fā)育延伸，如圖10(a)所示。

(2)階段2：裂縫貫通階段裂縫互相交錯(cuò)連通，張開度增大，并繼續(xù)延伸擴(kuò)展，如圖10(b)所示。

(3)階段3：洞頂土塊墜落階段。洞頂拱圈土體受交錯(cuò)連通的裂縫切割作用形成塊體，在降雨等外動(dòng)力因素下受自重作用逐漸墜落，如圖10(c)所示。

(4)階段4：窯洞拱圈冒頂階段。隨著窯洞拱圈土體逐漸掉落，洞頂不斷形成新的臨空面，受應(yīng)力重分布的影響，墜落土體的范圍不斷擴(kuò)大并向洞頂上部延伸，最終形成不可修復(fù)的窯洞整體冒頂破壞，如圖10(d)所示。

3.2 窯洞崩塌破壞

窯洞崩塌破壞是廢棄黃土窯洞窯臉位置土體受節(jié)理裂隙作用不斷崩落，并向窯洞內(nèi)部不斷擴(kuò)展，由局部崩落轉(zhuǎn)化成整體豎向崩塌的破壞。窯洞崩塌破壞可分為以下4個(gè)階段。

(1)階段1：窯臉裂縫形成發(fā)展階段。窯臉部位的裂縫如環(huán)向裂縫等在外部因素和重力作用下逐漸發(fā)展，如圖11(a)所示。

(2)階段2：裂縫貫通、窯臉局部土體崩落階段。窯臉處裂縫不斷延伸貫通、切割土體，窯臉局部土體在重力作用下發(fā)生崩落，如圖11(b)所示。

圖10 窯洞冒頂破壞演化過程Fig.10 Evolution process of cave-dwelling roof failure

圖11 窯洞崩塌破壞演化過程Fig.11 Evolution process of cave-dwelling collapse

(3)階段3：整體切割階段。窯臉局部土體崩落后，在應(yīng)力重分布作用下，窯洞邊跨節(jié)理和拱頂節(jié)理發(fā)展貫通，同時(shí)延伸發(fā)展至窯臉，如圖11(c)所示。

(4)階段4：窯洞崩塌階段。邊跨節(jié)理和拱頂節(jié)理切割大塊土體，在重力作用下土體崩落，從而形成窯洞整體崩塌破壞，如圖11(d)所示。

4 節(jié)理對(duì)廢棄黃土窯洞穩(wěn)定性分析

在削坡、開挖黃土窯洞的過程中發(fā)生的卸荷作用和應(yīng)力重分布作用使得周圍土體產(chǎn)生了大量新的節(jié)理，同時(shí)也使得原有閉合或微張的節(jié)理進(jìn)一步發(fā)育，可能發(fā)展成為土體的軟弱結(jié)構(gòu)面。在黃土窯洞正常使用期間，人們對(duì)窯洞的日常維護(hù)，黃土窯洞一般就有較好的穩(wěn)定性。然而當(dāng)窯洞廢棄后，在無人日常維護(hù)的情況下，窯洞的節(jié)理裂隙在風(fēng)化、植物根劈等因素作用下進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，從而導(dǎo)致廢棄黃土窯洞穩(wěn)定性降低，發(fā)生冒頂、崩塌等災(zāi)害。

接下來的一個(gè)多星期，我和阿花幾乎碰不到面，不是她沒回廠，就是我從東莞趕不回來。兩周后，我們才碰了面，我累得快癱了，全身像散了架。阿花也有些倦怠，臉上卻藏不住興奮，說中汕廠的訂單拿下了，不過數(shù)量減了三分之一。我說為什么要減三分之一？阿花說，那是江鋒做給林強(qiáng)信那條老狗看的。但是，我們掙得不會(huì)少。我說為什么？阿花說我們不用給黃立回扣了。我說那哪成??？你還不知道黃立那鳥人！阿花說，現(xiàn)在給他也不敢拿啊。我說，這樣不好吧？阿花說，我們給了他上萬塊回扣，對(duì)得起他了?，F(xiàn)在，江老板那兒我徹底搞掂了，黃立的歷史使命已宣告結(jié)束。

4.1 有限元模型建立和參數(shù)選取

圖12 典型有限元網(wǎng)格劃分Fig.12 Typical finite element meshing

土體采用Mohr-Coulomb本構(gòu)，使用平面應(yīng)變單元進(jìn)行模擬；節(jié)理按照非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理，考慮接觸面的非線性接觸行為，采用界面單元進(jìn)行模擬。為保證模型的基本特性和精度，網(wǎng)格劃分時(shí)采用以四邊形為主的單元。邊界條件為：左右邊界施加水平方向的約束為μx=0，底部邊界施加水平和豎直方向的約束分別為μx=0，μy=0。

通過野外現(xiàn)場取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，獲得研究區(qū)土體和節(jié)理的物理力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

依據(jù)研究區(qū)實(shí)地調(diào)查的廢棄黃土窯洞節(jié)理發(fā)育特征，垂直節(jié)理一般成組出現(xiàn)，X節(jié)理的夾角一般在20°～45°，同時(shí)在分析過程中考慮節(jié)理發(fā)育的典型位置和形態(tài)，選取圖13所示的Y1～Y6共模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究成對(duì)節(jié)理對(duì)廢棄黃土窯洞邊坡穩(wěn)定性的影響。

表1 模型材料基本物理力學(xué)參數(shù)

圖13 廢棄黃土窯洞計(jì)算模型Fig.13 Calculation model of abandoned loess cave dwellings

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

4.2.1 穩(wěn)定性分析

分析對(duì)比表2中不同成對(duì)節(jié)理模型下廢棄窯洞邊坡穩(wěn)定性，可以發(fā)現(xiàn)：發(fā)育節(jié)理的廢棄窯洞穩(wěn)定性明顯比無節(jié)理窯洞穩(wěn)定性低，同時(shí)不同位置和形態(tài)的成對(duì)節(jié)理對(duì)窯洞穩(wěn)定性影響也不同。對(duì)比Y2和Y3模型的穩(wěn)定性結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，廢棄窯洞發(fā)育有間距相同成對(duì)垂直節(jié)理時(shí)，遠(yuǎn)離拱頂?shù)囊唤M對(duì)穩(wěn)定性影響更大；對(duì)比Y2、Y3和Y4模型可以發(fā)現(xiàn)，廢棄窯洞發(fā)育的成對(duì)垂直節(jié)理間距越大時(shí)，洞室的穩(wěn)定性越低；對(duì)比Y5和Y6模型可以發(fā)現(xiàn)，廢棄窯洞發(fā)育的X節(jié)理夾角越小時(shí)，洞室的穩(wěn)定性越低；對(duì)比Y3、Y5和Y6模型可以發(fā)現(xiàn)，廢棄窯洞發(fā)育的X節(jié)理時(shí)的洞室穩(wěn)定性較發(fā)育垂直節(jié)理時(shí)低。

表2 各節(jié)理模型下廢棄窯洞邊坡穩(wěn)定系數(shù)

4.2.2 位移分析

由豎直位移云圖(圖14)和水平位移云圖(圖15)可以發(fā)現(xiàn)，不同發(fā)育狀態(tài)的成對(duì)節(jié)理對(duì)廢棄窯洞圍巖位移有一定影響，且影響規(guī)律大致相似：豎向位移大于水平位移，其中豎向最大位移發(fā)生在拱頂和節(jié)理下端處，水平最大位移發(fā)生在節(jié)理下端及窯腳處，如表3所示。同時(shí)，當(dāng)X節(jié)理的交點(diǎn)與洞口越近時(shí)，發(fā)生洞口局部坍塌及窯臉冒頂?shù)目赡苄愿蟆?/p>

由圖16可知，節(jié)理的存在使得廢棄窯洞圍巖位移明顯增大，對(duì)比Y2、Y3模型的結(jié)果可知，當(dāng)成對(duì)節(jié)理中間線遠(yuǎn)離拱頂時(shí)位移越大；對(duì)比Y4與Y2、Y3模型的結(jié)果容易得出，成對(duì)節(jié)理的間距越大，圍巖位移越大，同時(shí)廢棄窯洞側(cè)壁附近節(jié)理比拱頂處節(jié)理影響的位移更大，即危險(xiǎn)性更高；對(duì)比Y5和Y6模型的結(jié)果可知，相同位置處的X節(jié)理夾角越大，所在位置處的位移越大；對(duì)比Y2、Y3、Y5和Y6的結(jié)果可知，相同位置處的成對(duì)節(jié)理，傾角越小，位移越大，同時(shí)傾角對(duì)圍巖位移的影響大于節(jié)理間距對(duì)位移的影響。

圖14 不同節(jié)理模型豎直位移云圖Fig.14 Vertical displacement cloud diagrams of different joint models

圖15 不同節(jié)理模型水平位移云圖Fig.15 Horizontal displacement cloud diagrams of different joint models

表3 各節(jié)理模型下廢棄黃土窯洞控制點(diǎn)位移

圖16 成對(duì)節(jié)理最大變形值分布規(guī)律圖Fig.16 Distribution law of maximum deformation value of paired joints

4.2.3 Mises等效應(yīng)力

研究成對(duì)節(jié)理對(duì)廢棄窯洞圍巖應(yīng)力分布的影響規(guī)律時(shí)，采用Mises等效應(yīng)力進(jìn)行分析。Mises等效應(yīng)力的定義為

(1)

式(1)中：σ1、σ2、σ3分別為第1、第2和第3主應(yīng)力，可以表述為，在一定的變形條件下，當(dāng)受力物體內(nèi)一點(diǎn)的等效應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，該點(diǎn)就開始進(jìn)入塑性狀態(tài)。

圖17 不同節(jié)理模型Mises等效應(yīng)力云圖Fig.17 Mises equivalent stress cloud diagrams of different joint models

由Mises等效應(yīng)力云圖(圖17)可以看出：由于洞室開挖引起巖土體應(yīng)力重分布，窯洞周圍土體的等效應(yīng)力值較遠(yuǎn)端更大，且在窯腿和立壁及處更為集中，而在拱頂附近較小，但拱頂不規(guī)則處等效應(yīng)力值較大。這是由于窯腿處豎向應(yīng)力較大，立壁因周圍土體向洞內(nèi)松脹變形而有較大的水平應(yīng)力，因此兩處等效應(yīng)力大，而拱頂由于土拱作用具有較小的等效應(yīng)力。

在不同成對(duì)節(jié)理的影響下，廢棄黃土窯洞圍巖的Mises等效應(yīng)力也呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。這是由于黃土節(jié)理的抗剪強(qiáng)度較低，從而節(jié)理面附近的巖土體會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而引起節(jié)理兩側(cè)的應(yīng)力不同。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)不同成對(duì)節(jié)理圍巖兩側(cè)的應(yīng)力不同，越靠近拱頂?shù)某蓪?duì)節(jié)理兩側(cè)的圍巖應(yīng)力差距越小，且對(duì)稱節(jié)理兩側(cè)圍巖的應(yīng)力較不對(duì)稱的更小。由模型Y5和Y6的Mises等效應(yīng)力云圖可知，X節(jié)理交點(diǎn)處的土體在周圍完整巖土體的作用下產(chǎn)生更大的等效應(yīng)力值；當(dāng)X節(jié)理面傾角減小時(shí)，節(jié)理面由豎直狀態(tài)向水平狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，節(jié)理面兩側(cè)巖土體的相互作用由剪應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，而黃土圍巖的拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于剪應(yīng)力，因此節(jié)理面兩側(cè)土體中靠近窯洞臨空面一側(cè)的土體變形幅度逐漸增大，即節(jié)理附近土體Mises等效應(yīng)力也隨之逐漸增大。

由于節(jié)理的存在對(duì)圍巖有切割作用，從而使節(jié)理附近的孔隙壓力提高而導(dǎo)致Mises等效應(yīng)力降低。并且隨著自重、風(fēng)化和降雨入滲等因素的影響，節(jié)理將逐步發(fā)育成為裂縫，進(jìn)一步破壞圍巖的完整性，當(dāng)節(jié)理附近窯洞圍巖的等效應(yīng)力低于自重應(yīng)力時(shí)，節(jié)理附近的巖土體將發(fā)生破壞。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)靠崖式窯洞中的節(jié)理分布呈一定的規(guī)律性，表現(xiàn)為區(qū)內(nèi)緩傾角節(jié)理較少，近垂直節(jié)理較多且成組發(fā)育，發(fā)育的X節(jié)理夾角多在20°～45°。

(2)研究區(qū)廢棄黃土窯洞破壞的主要類型包括：裂縫、窯洞冒頂和窯洞崩塌。廢棄窯洞邊坡變形破壞模式可以概括為：窯洞冒頂和窯洞崩塌兩種破壞模式。

(3)成對(duì)節(jié)理遠(yuǎn)離拱頂且間距越大時(shí)，穩(wěn)定性越低；相同位置處的X節(jié)理比垂直節(jié)理穩(wěn)定性低。

(4)不同發(fā)育狀態(tài)的成對(duì)節(jié)理對(duì)廢棄窯洞圍巖位移有一定影響，且影響規(guī)律大致相似：豎向位移大于水平位移，其中豎向最大位移發(fā)生在拱頂和節(jié)理下端處，水平最大位移發(fā)生在節(jié)理下端及窯腳處。同時(shí)，當(dāng)X節(jié)理的交點(diǎn)與洞口越近時(shí)，發(fā)生洞口局部坍塌及窯臉冒頂?shù)目赡苄愿蟆?/p>

(5)Mises等效應(yīng)力在窯腿和立壁及處更為集中，而在拱頂附近較小，但拱頂不規(guī)則處等效應(yīng)力值較大。同時(shí)不同成對(duì)節(jié)理圍巖兩側(cè)的應(yīng)力不同，越靠近拱頂?shù)某蓪?duì)節(jié)理兩側(cè)的圍巖應(yīng)力差距越小，且對(duì)稱節(jié)理兩側(cè)圍巖的應(yīng)力較不對(duì)稱的更小。當(dāng)X節(jié)理面傾角減小時(shí)，節(jié)理面兩側(cè)巖土體的相互作用由剪應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，而黃土圍巖的拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于剪應(yīng)力，故Mises等效應(yīng)力也隨之逐漸增大，窯洞更容易發(fā)生破壞。