岩质边坡岩桥的研究现状

1.引言

滑移-拉裂-剪断“三段式”滑坡是中国大型岩质滑坡发生的一类主要机制模式，其中部“锁固段”（即岩桥）在岩质边坡的变形控制和稳定性机制中具有极其重要的地位。

边坡随着蠕滑段和拉裂段的发展，它们之间的完整岩体构成边坡变形的岩桥，应力积累将使其被剪断，边坡发生突发脆性破坏而形成高速滑坡。因此，坡体的稳定性将主要由岩桥来维系，其岩桥在岩质边坡的稳定性控制中起着关键性作用。在岩质边坡的渐渐破坏失稳过程中，锁固段的脆性破坏最终导致整个斜坡的完全失稳。因此，大型岩质边坡的这种“脆性破坏”对于灾害的预警和防治具有极为重要的意义。

2.“岩桥”力学模型研究

在边坡力学模型方面：王庚荪[1]提出了一种新的接触单元模型，并运用此模型来模拟滑面上的接触摩擦状态及渐进破坏过程。王根龙[2]从极限分析上限法理论进行了研究，推导出了层间错动的顺层岩质边坡极限分析上限解。肖盛燮[3]基于灾变链式理论，借助滑坡体含水条件下的突滑力学模型，结合滑动过程中的能量转化和耗散，判断滑坡的危害性。A. I. Chemenda[4]采用Hooke-Mohr-Coulomb模型和强度折减法分析了重力失稳式滑坡的发生机理。 A. J. Li[5]采用Hoek-Brown准则进行岩质边坡稳定计算，李建林[6]推导了基于H-B准则的抛物线型D-P准则，证明了折减抛物线型 D-P 准则材料参数的合理性。杨令强[7]利用Mohr-Coulomb准则和破坏追踪相结合的方法，得到了边坡渐进破坏滑动面的位置、形态、破坏的先后顺序、滑动的方向。W. G. Pariseau[8]利用表征体单元和不联系节理模型评价了边坡的稳定性。张均锋[9]提出裂隙岩质边坡的裂隙扩展和滑动弱化逐步破坏机理。

在岩桥力学机制分析方面：黄润秋[10]通过有限元计算分析了锁固段的应力变化特征。秦四清[11]基于锁固段概念和重正化群理论，提出崩滑灾害临界位移演化规律，发现斜坡失稳的临界位移与加速蠕变起点的位移和锁固段的个数有关。曹卫文[12]运用能量守恒定律及动力学有关理论分析了锁固段的能量变化。夏才初[13]通过非贯通人工节理的直剪试验，岩桥力学性质弱化的力学机制进行阐述，并建立岩桥力学性质弱化模型。F. M. Zhang[14]基于大规模地质结构描述和Monte-Carlo方法分析了岩质边坡岩桥力学机制，并提出岩桥条分的边坡安全系数计算方法。S. Q. Yang[15]利用声发射技术研究了岩桥脆性破裂机制。

在岩桥力学模型方面：程谦恭[16]做了大量研究工作，先后提出了“临床弹冲-峰残强降”、粘弹-粘塑性理论的本构方程和极限平衡理论等方法。刘轶[17]引入连续损伤结构模型，确定了锁固段的损伤本构方程，分析华蓥市溪口滑坡的形成机制。E. Eberhardt[18]和Y. Guglielmi[19]利用CWFS本构模型模拟了大型岩质边坡锁固段的破坏过程。在较小尺度的岩桥破坏机理研究方面，J. Kemeny[20]提出了考虑时间过程的岩桥力学参数弱化计算模型，较好地模拟岩石的破坏特征。夏才初通过非贯通人工节理的直剪试验，对岩桥力学性质弱化的力学机制进行阐述，并建立岩桥力学性质弱化模型。刘钧[21]从工程地质中节理连通率的概念出发，对节理非常发育的不连续岩体建立了力学模型。朱维申[22]采用断裂和损伤力学模型，推导出岩桥贯通的破坏准则和损伤演化方程。杜景灿[23]在结构面模拟网络中搜索抗剪力最小的结构面—岩桥组合，提出简化的岩桥破坏结构面扩展模型。周汉民[24]建立了一种岩石节理内聚力的时效性降低模型，并论证了时效性对于岩石脆性破坏的重要性。陈剑平[25]应用蒙特卡罗模拟方法构筑不连续面空间组合，对节理岩体抗剪强度进行了研究。张国新[26]基于扩展的流形元算法模拟岩桥断裂过程，再现了岩质边坡倾倒破坏机制过程。章广成[27]利用断裂力学理论对岩桥的张剪裂纹扩展方向进行了研究。

3.岩桥各种模型机制破坏研究

（1）单一裂隙尖端微裂纹起裂、扩展导致的破坏

试验中发现：出现此类破坏模式的试件预制裂隙倾角均比较小（25°），预制裂隙尖端有翼形裂纹发育，且朝向最大压应力方向扩展。破坏过程中，部分试件2 条裂隙尖端均有翼形裂纹发育，但是直至试件破坏，仍没有 2 条裂隙的贯通现象产生；还有部分试件其中一条裂隙保持完整，另一条裂隙尖端发育出翼形裂纹，并最终导致试件发生破坏。进一步观察发现：出现这类破坏模式的试件的岩桥倾角均不大于 45°。这是由于岩桥倾角较小时，有效剪力不足以驱动近似平行裂隙走向的剪切裂纹，但是仍能驱动尖端拉伸裂纹（翼裂纹）的发育、扩展。

单轴压缩下，发生预制裂隙贯通破坏的裂隙体，根据破坏面上受力特征的不同可以分为：张拉破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏 3 种模式。根据裂隙尖端发育的微裂纹形态，又可以将其分为以下几种贯通破坏模式：次生共面裂纹贯通破坏、翼形裂纹与翼形裂纹搭接贯通破坏、翼形裂纹与预制裂隙搭接贯通破坏、翼形裂纹与次生共面裂纹搭接贯通破坏、拉伸裂纹贯通破坏。

（3）裂隙尖端无微裂纹出现的脆性破坏式

裂隙面上有效剪力是裂隙倾角α 和裂隙面摩擦因数 f 的函数，即当 sin 2α接近于 0 或 f 接近于 tan α时，裂隙面有效剪力都将趋近于 0。裂隙倾角为 75°时，只有极少数试件发生裂隙贯通破坏现象（岩桥倾角同为 75°时有次生共面裂纹贯通破坏发生），大部分试件裂隙尖端没有微裂纹出现，而是出现结构整体性失稳破坏，比如端部屈服破坏、纵向劈裂破坏等，如图2所示。

4.结论

（1）对于岩质边坡，岩桥发生滑移破坏的条件以及破坏面特征，受多种因素的影响，其中主要包括：滑面倾角α 、凝聚力、内摩擦角、间距、咬合程度以及围压等。

（2）对于采用预留滑面岩质边坡的岩桥破坏模式，根据岩桥区受力特征可以分为三种：张拉破坏，剪切破坏和拉剪复合破坏。岩桥倾角为影响岩桥区破坏特征的主要因素：岩桥倾角接近于裂隙倾角时以剪切破坏为主；岩桥接近平行于最大主应力方向时以张拉破坏为主；过渡状态下以拉剪复合破坏为主。

5.致谢

感谢成都理工大学环境与土木工程学院本科生科技立项活动的资助和指导老师陈国庆副教授的指导。

参考文献

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