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)測研究已經成為近代滑坡地質災害預報及控制的重要課題。國內外對邊坡穩(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生滑坡，滑動力才是決定滑坡災害發(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。
“滑坡災害及邊坡應力智能遠程監(jiān)測系統(tǒng)” 是中國礦業(yè)大學（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，把力學傳感系統(tǒng)穿過滑動面，固定在相對穩(wěn)定的滑床之上，施加預應力 ，力學上稱為“攝動力”，將可測的人為力學系統(tǒng)插入到不可測的天然力學系統(tǒng)中，組成一個部分力學量可測的復雜力學系統(tǒng)，實現滑動力的間接求解，進而推導出可測力學量和非可測力學量之間的函數關系。通過測量 的大小，就可判斷滑坡體內應力的變化狀態(tài)以及超前預報滑坡災害的發(fā)生時間和規(guī)模。
我國滑坡地質災害種類繁多，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
楔體結構，即塊裂結構是巖體中常見的結構，受幾組不同產狀的控制性結構面切割，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)，當開挖邊坡后，邊坡內巖體應力狀態(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)，沿結構面滑移導致局部失穩(wěn)，進而產生連鎖反應，造成整個邊坡失穩(wěn)破壞。破壞巖體一般呈楔形結構，如圖1：
在滑動力學系統(tǒng)可測性原理基礎上，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)測預警系統(tǒng)對邊坡滑動力監(jiān)測的力學模型，該模型假設如下：
①滑坡視為剛體，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：
?。?）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；
?。?）當地表降水從楔形體后緣拉裂面滲入后，經過 和 軟弱面，楔形體所受孔隙水壓力應力如圖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 。根據應力圖解求得：
（6）當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：
結論
通過計算建立楔形滑移面下滑力和攝動力之間的函數關系，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)測滑坡體內應力
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雜多樣，用一種監(jiān)測力學模型難以概括和模擬出所有滑坡監(jiān)測實際情況。本文在滑動力學系統(tǒng)可測性原理的基礎上，建立了楔形滑坡人為力學和天然力學系統(tǒng)之間的函數關系，通過楔形滑坡監(jiān)測力學模型的推導，在前人研究的基礎上，完善了原有監(jiān)測力學模型，且大大提高了監(jiān)測精度，為滑坡超前預警預報提供可更加科學的理論基礎。
研究結果表明，滑坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)同樣應用和推廣在楔形滑坡上，具有極高的工程和經濟效應。為日后相關楔形滑坡的遠程監(jiān)測提供一定參考，結合具體的工程可作進一步的研究討論。
