基于能量原理的顺层路堑边坡突滑失稳机制

摘要

研究目的:软硬相间顺层边坡开挖路堑后常形成滑动灾变现象,特别在工程建设及运营中存在较大安全隐患.极限平衡理论可用于计算软硬相间顺层边坡的安全系数,但难以解释失稳过程中的动态物理机制,而基于弹性理论的能量法可获取边坡准静态阶段的动力学参数.为此,提出一种由滑块和下卧软岩组成的顺层路堑边坡"二元"系统模型,从系统的角度分析裂隙水压力、滑块压缩和剪切形变能等因素的影响,可作为极限平衡法的补充.研究结论:(1)根据弹性理论获得了顺层路堑边坡的应力场解析式,基于能量平衡原理建立了系统能量增量平衡方程,分析了滑块形变能积聚、释放和下卧软岩能量耗散特征,提出图示法边坡失稳判据;(2)同时考虑滑块压缩变形和剪切变形的动力参数(动能、弹冲剧发速度、平均弹冲加速度和破坏行程),较仅考虑剪切变形的动力参数明显提高(分别约15.7倍、4倍、1.8倍和8.9倍);(3)本研究成果可为铁路、公路等领域的软硬相间顺层路堑边坡突滑失稳动力分析提供理论支撑.