楔形滑动破坏失稳机理与稳定分析

4.3.1　楔形滑动破坏失稳机理

楔形结构岩质边坡滑动模式主要与结构面的产状、组合情况及强度相关。首先根据岩层的倾向和坡向的关系判断出滑坡发生的可能性。当岩层面倾向与坡面倾向相反时，坡体处于稳定状态;当岩层面倾向与坡向一致或呈一定交角时，坡体可能产生滑动破坏，可将楔形结构岩坡滑动破坏模式分为两种:沿底滑面的单面滑动、沿底滑面和侧裂面的双面滑动。

沿底滑面的单面滑动:当坡体岩层倾向坡外时，楔形滑体的滑动方向只受底滑面的控制，在自身重力作用下，沿着底滑面的真倾向滑动(如图4－23)。根据底滑面倾角和坡角大小关系，其变形破坏机制可以分为两类，一类是当底滑面倾角小于坡角时，底滑面随着坡面的出露或开挖的进行而出露于坡面，其变形破坏机制相对简单，表现为顺层的蠕滑－拉裂或平面滑移，这类滑坡规模一般较小;另一类是当底滑面倾角大于坡角时，底滑面隐伏于坡脚，不直接在坡面出露，滑动面的形成和贯穿会是一个长期和复杂的过程，坡体的变形破坏机制相对复杂，大规模滑坡往往形成于此，其变形破坏机制可以概括为滑移－剪断型，滑坡体中上部岩体在自重作用下，沿着软弱结构面滑移，但由于坡脚处的岩层未出露，则会产生被动挤压，为了协调中上部岩体所施加的挤压力，坡脚处岩层会产生弯曲－隆起现象，坡脚处的弯曲－隆起部位，阻抗着中上部滑体的滑动，一旦其抗剪能力低于下滑力时，滑体将从此切层剪出。

沿底滑面和侧裂面的双面滑动:当坡体岩层倾向坡内时，滑体首先沿着底滑面真倾向蠕动，在侧裂面的阻挡作用下，滑体滑动方向发生改变，受到底滑面和侧裂面的双重控制，顺着侧裂面沿着底滑面的视倾向滑动。由于滑体同时沿两个面滑动，其力学机制比较复杂。在边坡开挖过程中，边坡表面由于卸荷作用，岩体松弛，强度降低，加以坡面不平整，小块岩体极易具备临空条件，所以在开挖边坡的表面，经常会发生小块岩体以平面或楔体破坏形式的剥落现象，其体积由几立方米至几百立方米不等。影响楔体稳定的因素有滑体自身重力、底滑面的抗剪强度参数、滑面上的外水压力和外荷载等。

图4－23楔形破坏模式

4.3.2　楔形滑动稳定性分析

1)单面滑动稳定问题

楔形体虽然由两组结构面和临空面相互切割形成，但是，在各种受力情况下仍可能发生单面滑动。楔形体单面滑动时，一般认为滑动方向为结构面法线与合外力矢量决定的平面C和结构面的交线方向，如图4－24(a)。

图4－24单面滑动楔形体

如图4－24(b)，将楔形体所受全部外力合成为T。在平面C内，通过静力平衡方程即可求解结构面对楔形体的法向反力。根据Mohr-Coulomb准则可求得滑动面提供的抗滑力。安全系数由抗滑力与下滑力的比值确定:式中，c，φ为结构面的黏聚力和内摩擦角;T为包括重力在内的合外力;A，α分别为滑动面面积、合外力矢量与滑动面法线夹角。

2)双面滑动稳定问题

前面所讨论的岩坡稳定分析方法，适用于走向平行或接近于平行于坡面的滑动破坏。因此，只要滑动破坏面的走向是在坡面走向的±20°范围以内，用这些分析方法就是有效的。这里讨论另一种滑动破坏，此时发生滑动的结构软弱面走向交切坡顶面，而分离的楔形体沿着两个这样的平面交线发生滑动，即双面楔形滑动，如图4－25(a)所示。

A1—滑动面1;A2—滑动面2
图4－25楔形滑动图形

设两个滑动面1和2的内摩擦角分别为φ1和φ2，黏聚力分别为c1和c2，面积分别为A1和A2，倾角分别为β1和β2，走向分别为ψ1和ψ2，二滑动面交线的倾角为βs，走向为ψs，交线的法线n⇀和滑动面之间的夹角分别为ω1和ω2，楔形体质量为W，W作用在滑动面上的法向力分别为N1和N2。则根据极限平衡条件，楔形体的安全系数为

式中，N1和N2可根据平衡条件求得，即

sinωi的计算公式为

sinωi=sinβisinβssin(ψs－ψi)+cosβicosβs(i=1，2)(4.28)

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

根据式(4.25)和式(4.26)可以得到

从而得

式(4.31)是边坡仅承受岩体重力条件下获得的，如果所研究的边坡还承受有如静水压力、建筑物作用及地震力等外力时，应在计算中加入这些力的作用。