第6章 岩石边坡工程(DOC)

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图6-14 楔形滑动图形

(a)立面视图;(b)沿交线视图;(c)正交交线视图

1—滑动图1;2—滑动图2

设滑动面1和2的内摩擦角分别为?1和?2,内聚力分别为c1和c2,其面积分别为Al和A2,其倾角分别为?1和?2,走向分别为?1和?2,二滑动面的交线的倾角为?S,走向为?S,交线的法线n和滑动面之间的夹角分别为?1和?2,楔形体重量为W,W作用在滑动面上的法向力分别为N1和N2。楔形体对滑动的安全系数

为:

?FS?N1tan?1?N2tan?2?c1A1?c2A2 (6-26)

Wsin?S其中N 1和N2可根据平衡条件求得:

N1sin?1?N2sin?2?Wcos?S (6-27) N1cos?1?N2cos?2 (6-28)

从而可解得

N1?Wcos?Scos?2 (6-29)

sin?1cos?2?cos?1sin?2 233

N2?式中

Wcos?Scos?1 (6-30)

sin?1cos?2?cos?1sin?2sin?i?sin?isin?Ssin(?S??i)?cos?icos?S(i=1,2) (6-31)

如果忽略滑动面上的内聚力c1和c2,并设两个面上的内摩擦角相同,都为?j,则安全系数为

FS?(N1?N2)tan?jWsin?S -32)

根据(6-26)和(6-30)式,并经过化简,得

N1?N2?因而

Wcos?Scossin2?2??12

?1??2FS?2??1??2sintan?S2cos?2??1tan?jsin(90???222???2sin1tan?S2??1)tan?j

不难证明,?1??2??是两个滑动面间的夹角,而90???22??12??是滑

动面底部水平面与这夹角的交线之间的角度(自底部水平面逆时针转向算起),见图6-15的右上角。

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图6-15 楔体系数K的曲线

因而

sin?tan?jFS?() (6-33)

1tan?Ssin?2或写成

(Fs)楔?K(Fs)平 (6-34)

式中,(Fs)楔——仅有摩擦力时的楔形体的抗滑安全系数;

(Fs)平是坡角为?、滑动面的倾角为?s的平面破坏的抗滑安全系数; K是楔体系数,如(6-33)式中所示,它取决于楔体的夹角?以及楔体的歪斜角?。图6-15上绘有对应于一系列?和?的K值,可供使用。

6.3.6 倾倒破坏岩坡稳定分析

如图6-16(吴德伦,岩石力学,258页,图14.10)所示,在不考虑岩体内聚力

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影响的情况下,当???及b/h?tan?时,岩块将发生倾倒;当???及

b/h?tan?时,岩块将既会滑动又会倾倒 。

根据破坏的形成过程,可将其细分为弯曲式倾倒、岩块式倾倒和岩块弯曲复合式倾倒(如图6-17),以及因坡脚被侵蚀、开挖等而引起的次生倾倒等类型。

在阶梯状底面上,岩块倾倒的极限平衡分析法为:

设如图6-18所示的岩块系统,边坡坡角为?,岩层倾角为90???,阶梯状底面总倾角为?,图中的常量a1,a2与b为

a1??xtan(???)a2??xtan?b??xtan(???)式中,?x——各个岩块的宽度。

位于坡顶线以下的第n块岩块的高度为

Yn?n(a1?b)

位于坡顶线以上的第n块岩块的高度为

Yn?Yn?1?a2?b

图6-19(a)表示一典型岩块,其底面上的作用力有Rn和Sn,侧面上的作用力有Pn,Qn,Pn?1,Qn?1。当发生转动时,Kn?0。Mn,Ln的位置见表6-1(吴德伦,岩石力学,259页,表14.1)。

对于不规则的岩块系统,Yn,Ln与Mn可以采用图解法确定。 岩块侧面上的摩擦力为

Qn?Pntan? Qn?1?Pn?1tan?

按垂直和平行于岩块底面力的平衡关系,有

Rn?Wncos??(Pn?Pn?1)tan?Sn?Wnsin??(Pn?Pn?1) (6-35)

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