节理岩质边坡时效变形与破坏特征的数值模拟分析

摘要

在温度、干湿交替及人类活动等外因的触发下，含弱层、结构面的岩质边坡体，其材料内在的物理力学性质易劣化，特别是强度特性随着时间的推移会表现出明显的衰减，岩石内部细观结构产生损伤并积累，导致含软弱结构面的岩质边坡产生宏观的时效变形，最终导致边坡失稳破坏。
　　基于对岩体流变特性的认识，本文从岩石材料内在物理力学性质受环境影响随时间劣化以及岩石内部细观损伤积累的角度出发，通过引入岩体细观表征单元体的强度退化模型，并在有限元程序—PRFPA软件中予以实现，开展岩质边坡的时效变形与破坏特征的研究。
　　首先，对含顺倾向软弱结构面边坡的时效变形与破坏模式进行了模拟，并分别对单岩桥非重叠及重叠节理边坡、双岩桥非重叠及重叠节理边坡、含一组平行节理及两组正交平行节理的边坡的破坏模式进行了系统的研究，分析了软弱结构面的分布情况和强度劣化特性对边坡长期稳定性的影响。
　　其次，鉴于边坡岩体损伤的时效性，从结构面产状、边坡高度及坡角、岩体强度衰减特征等几个方面着手，对边坡的长期时效变形、损伤萌生与演化模式等进行了数值模拟研究，模拟及分析结果可望进一步提高对影响边坡长期稳定性的因素、边坡长期稳定性及其失效机理的认识。
　　最后，选取了一含有明显软弱结构面的软硬互层岩质边坡，对其进行了时效变形与破坏的实例分析。由于岩体的流变特性，岩体强度参数随时间的推移不断衰减，导致边坡稳定程度降低。尤其是应该充分重视软弱结构面及软岩层的长期强度特性对含有明显软弱结构面及软岩层的边坡的影响。对于含有明显软弱结构面的软硬互层边坡蠕滑破坏的控制和治理，应该在考虑时间效应的基础上，重点探究长期强度、渗控和开挖卸荷等主要因素的影响。研究成果可望对类似边坡的安全评价和设计提供些许参考。