復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式

1 引言

復合滑動面(Composite Slip Surface)是指滑動面由圓弧和平面組成,如下圖所示。這個概念最初是由Janbu提出的. [Janbu, N. 1954. "Application of Composite Slip Surface for Stability Analysis," European Conference on Stability of Earth Slopes, Stockholm, Sweden. Vol.3 pp. 43-49. 在典型的邊坡破壞模式中, 我們沒有考慮這種情況 (邊坡工程---巖體邊坡的破壞模式). 對于實際的邊坡工程, 這種破壞模式主要由軟弱夾層引起. 一個更深入的考慮是由巖橋引起的復合滑動面. 

復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式的圖1


2 極限平衡法

極限平衡法是實踐邊坡工程穩定性分析常用的方法. 對于復合滑動面來說, 力矩和力的平衡同時受到條間剪切力的影響。力平衡安全系數隨著條間剪切力的增加而增加,而力矩平衡系數安全系數則隨著條間剪切力的增加而降低. 在這種情況下, 使用Morgenstern-Price或Spencer方法計算的安全系數會比Bishop簡化方法計算的安全系數低。但這個結論不一定適用于所有的復合滑動面。對于某些復合滑動面,結論也許會相反, 在很大程度上取決于復合滑動面的形狀.

復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式的圖2

復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式的圖3

為了能夠分析更復雜的邊坡破壞機制,已經發展復合或塊狀搜索算法,用來搜索關鍵的、非圓形塊狀的幾何形狀。例如, SLIDE和Slope/W在預定義軟弱夾層的情況下, 都能夠進行復合滑動面的搜索, 特別是<使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面>提供了一種簡單的階梯狀路徑搜索算法. 


3 復雜的破壞機理

不過, 極限平衡方法雖然能夠進行初始的穩定性分析, 但不能捕捉到涉及結構控制和巖體漸進式破壞的復合破壞機制。Read and Stacey(2009)討論了一種識別復合滑移面的方法,滑移面由一連串的節理或巖橋組成。巖橋既可以是完整的巖石,也可以是含有分布的小而不相連的裂縫的等效巖體體積。Cundall等人(2016)意識到了(SRMTools---基于微觀力學的巖石邊坡3D模型)微觀裂縫在巖橋形成時的作用. [Cundall, P.A., B. Damjanac and Varun. (2016) “Considerations on Slope Stability in a Jointed Rock Mass,” Proceedings, 50th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium (Houston, Texas, June 2016). ARMA 16-0339. Alexandria, Virginia: ARMA.] Lawrence等人(2020)使用DFN模型建立了一種新型的滑動面算法. 也有一些研究者進行了以主要地質結構控制的復合大尺度巖體邊壞機制的數值模擬, 特別是bi-planar復合破壞模式, 例如Fisher and Eberhardt(2007) [Fisher, B. R. and Eberhardt, E. (2007): Numerical modeling and shear strength estimates of bi-planar dip slope failures, Proceedings 11th Congress of the International Society for Rock Mechanics, 1, 629–632.], 參看bi-planar.txt

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