申連平 張振 王龍

摘要：根據(jù)工程實(shí)踐，土質(zhì)邊坡在失穩(wěn)破壞時(shí)往往頂端有垂直裂隙，中間為直線，底部為圓弧。文章采用爆破震動(dòng)作用下土質(zhì)邊坡的這種典型的破壞模式，考慮了爆破震動(dòng)時(shí)水平荷載和垂直荷載的共同作用，將爆破震動(dòng)荷載由一個(gè)瞬時(shí)的慣性力來代替，在確定慣性力的大小時(shí)用等效加速度的方法。

關(guān)鍵詞：爆破震動(dòng) 土質(zhì)邊坡 等效加速度 安全系數(shù)

邊坡作為一種特殊的人類工程活動(dòng)的產(chǎn)物，其穩(wěn)定性研究一直是巖土工程研究領(lǐng)域的重要組成部分，國內(nèi)外學(xué)者圍繞邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行了大量的研究，取得了豐富的研究成果。邊坡穩(wěn)定性分析方法按荷載性質(zhì)可劃分為靜力分析方法和動(dòng)力分析方法兩種。目前，關(guān)于靜力作用下的邊坡穩(wěn)定性研究較多，已趨于成熟，國內(nèi)外均已制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，為工程應(yīng)用提供了技術(shù)指導(dǎo)[1]。由于動(dòng)力作用下（如爆破荷載、地震荷載、風(fēng)荷載等）邊坡的穩(wěn)定性研究比較復(fù)雜，現(xiàn)階段的研究還不成熟，爆破震動(dòng)作用下土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性研究進(jìn)展緩慢。

爆破震動(dòng)作用下邊坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在水利、采礦、公路、鐵路等工程中因爆破震動(dòng)而導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，往往會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，并嚴(yán)重威脅設(shè)備及施工人員的安全[2-3]。爆破震動(dòng)作用下土質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性及評(píng)價(jià)的問題一直備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，目前對(duì)這方面的研究雖然取得了一些成就，但很不完善。由于爆破震動(dòng)的大小、震動(dòng)偏角、頻率、振幅以及持時(shí)等對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響非常復(fù)雜，本文對(duì)爆破震動(dòng)荷載做了適當(dāng)?shù)暮喕?，以極限平衡理論理論為基礎(chǔ)，用積分法對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

1.爆破震動(dòng)慣性力的計(jì)算

本文中爆破震動(dòng)慣性力采用等效加速度的方法來確定。用擬靜力法分析邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定性時(shí)，通常用折減系數(shù)法來確定爆破震動(dòng)荷載，即將爆破震動(dòng)慣性力等效為一個(gè)靜力荷載，轉(zhuǎn)化公式如下所示。

在計(jì)算t時(shí)刻爆心距為L的爆破震動(dòng)慣性力時(shí)取等效加速度αeq（L，t），計(jì)算公式如下：

（1）

式中：αeq（L，t）為等效加速度；ω為爆破振動(dòng)波主頻；α（L，t）為爆破震動(dòng)加速度；θ為等效加速度的頻率影響系數(shù)，一般取1.05。于是，可以得到時(shí)刻滑動(dòng)坡體在某一方向上的慣性力為

（2）

式中：Q（L，t）為t時(shí)刻爆心距為L的滑動(dòng)坡體的慣性力；β0為爆破動(dòng)力折減系數(shù)；αeq（L，t）為滑動(dòng)土體的等效加速度。

2.土質(zhì)在爆破震動(dòng)作用下安全系數(shù)的計(jì)算公式

力學(xué)分析模型如圖1所示，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式，并編制了相應(yīng)的計(jì)算軟件。根據(jù)工程的實(shí)際需求，通過適當(dāng)?shù)暮喕梢詫⒈疚牡乃悸吠茝V到一、二階平臺(tái)型的土質(zhì)高邊坡計(jì)。

圖 1 邊坡受力示意圖

如圖1所示，由一組待定參數(shù)u、v及α可確定圓弧滑動(dòng)面的圓心坐標(biāo)（ζ，η）及半徑R。設(shè)線性邊坡為均勻土質(zhì)，力學(xué)參數(shù)及幾何參數(shù)如圖1所示。

設(shè)邊坡失穩(wěn)時(shí)對(duì)圓心O的滑動(dòng)力矩為Ms，抗滑力矩為Mr。其中，Ms及Mr分別為待定參數(shù)u、v 、α及β的函數(shù)。于是，邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)可定義為：

（3）

對(duì)式（5），只要推導(dǎo)出滑動(dòng)力矩Ms（u、v、v、β）及抗滑力矩Mr（u、v、α、β）的計(jì)算公式，則可通過在計(jì)算機(jī)上迭代試算求出最小的安全系數(shù)Kmin。

3.結(jié)語

本文在確定震動(dòng)慣性力時(shí)采用等效加速度法。因此，可以有效避免常規(guī)折減系數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的放大作用。通過對(duì)土質(zhì)邊坡在爆破震動(dòng)作用下破壞的調(diào)查研究分析，其典型的破壞模式為坡頂有裂隙，中間呈直線段，下部為圓弧型，慣性力采用最不利入射角度下的最大合力，利用積分法導(dǎo)出土質(zhì)邊坡在爆破震動(dòng)作用下安全系數(shù)的理論計(jì)算公式。這種方法可以推廣到滑動(dòng)面已經(jīng)確定的巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析中，具有普遍實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉紅帥，薄景山，劉德東.巖土邊坡地震穩(wěn)定性分析研究評(píng)述[J].地震工程與工程振動(dòng)，2005，25（1）：164-171.

[2]張林，林從謀.爆破震動(dòng)對(duì)土質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性影響研究[J].巖土力學(xué)，2005，26（9）：1499-1501.

[3]李祥龍，廟延鋼，等.王國華爆破震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響分析[J].爆破，2006，23（4）：15-19.