基于邊坡遠程監(jiān)測的楔形滑坡討論
2015-03-20
1 引言
邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測研究已經(jīng)成為近代滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報及控制的重要課題。國內(nèi)外對邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測方法主要包括位移、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。然而，有位移和變形并不一定產(chǎn)生滑坡，滑動力才是決定滑坡災(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。只有滑動力超過巖體抗剪強度，邊坡才會發(fā)生破壞。
“滑坡災(zāi)害及邊坡應(yīng)力智能遠程監(jiān)測系統(tǒng)” 是中國礦業(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)的一套具有實用價值的滑動力監(jiān)測系統(tǒng)。采用“穿刺攝動”技術(shù)，把力學(xué)傳感系統(tǒng)穿過滑動面，固定在相對穩(wěn)定的滑床之上，施加預(yù)應(yīng)力 ，力學(xué)上稱為“攝動力”，將可測的人為力學(xué)系統(tǒng)插入到不可測的天然力學(xué)系統(tǒng)中，組成一個部分力學(xué)量可測的復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)滑動力的間接求解，進而推導(dǎo)出可測力學(xué)量和非可測力學(xué)量之間的函數(shù)關(guān)系。通過測量 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)報滑坡災(zāi)害的發(fā)生時間和規(guī)模。
我國滑坡地質(zhì)災(zāi)害種類繁多，滑動面幾何形態(tài)各異，而楔形滑坡是一種常見的邊坡破壞形式，因此針對楔形滑坡的研究討論對于豐富和改進邊坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。
2 楔形滑坡模型及其計算
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)，進而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成整個邊坡失穩(wěn)破壞。破壞巖體一般呈楔形結(jié)構(gòu)，如圖1：
在滑動力學(xué)系統(tǒng)可測性原理基礎(chǔ)上，用極限平衡理論對楔形滑坡穩(wěn)定性進行計算。圖1表示了楔形變形體遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對邊坡滑動力監(jiān)測的力學(xué)模型，該模型假設(shè)如下：
?、倩乱暈閯傮w，即滑坡過程中不發(fā)生拉伸和壓縮變形；②滑動面為楔形滑移面；③巖體相對隔水，沿滑移軟弱面和后緣裂隙分布靜水壓力；
?、芟禄涂够ζ叫杏诨?，巖體之間的作用力按內(nèi)力來考慮；⑤考慮靜水壓力，不考慮地震和爆破擾動等影響因素。
一般以三角形為基本計算單元，三角形面積采用已知三邊長的計算公式
2.2 楔形滑坡下滑力的計算
根據(jù)極限平衡理論對楔形邊坡穩(wěn)定性進行計算：
?。?）楔形體的自重：
（2）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 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：
?。?）攝動力 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：
?。?）當(dāng)巖體處于極限平衡狀態(tài)，楔形滑動面兩個軟弱面切向力有：
結(jié)論
通過計算建立楔形滑移面下滑力和攝動力之間的函數(shù)關(guān)系，得出下滑力。說明在楔形滑坡模型中，通過滑坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)下攝動力的引入，便可由對攝動力 的監(jiān)測而算出下滑力的大小。由此監(jiān)測滑坡體內(nèi)應(yīng)力
的變化狀態(tài)，進行滑坡遠程監(jiān)測研究。
邊坡滑動面幾何特征復(fù)雜多樣，用一種監(jiān)測力學(xué)模型難以概括和模擬出所有滑坡監(jiān)測實際情況。本文在滑動力學(xué)系統(tǒng)可測性原理的基礎(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，通過楔形滑坡監(jiān)測力學(xué)模型的推導(dǎo)，在前人研究的基礎(chǔ)上，完善了原有監(jiān)測力學(xué)模型，且大大提高了監(jiān)測精度，為滑坡超前預(yù)警預(yù)報提供可更加科學(xué)的理論基礎(chǔ)。
研究結(jié)果表明，滑坡遠程監(jiān)測系統(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)濟效應(yīng)。為日后相關(guān)楔形滑坡的遠程監(jiān)測提供一定參考，結(jié)合具體的工程可作進一步的研究討論。
