倾倒破坏离心模型试验与数值模拟分析

倾倒破坏是岩质边坡失稳主要类型之一，倾倒边坡是属于层状岩体边坡，包括层状结构岩体和似层状(或条块)结构岩体。在高山峡谷地区及河流切割较深的层状岩体边坡中，经常有层状岩体倾倒弯曲现象。这种现象早期已被人们发现，随着各项工程建设的展开，涉及倾倒变形岩体稳定性的问题越来越多，人们才开始关注这种岩质边坡的弯曲倾倒。目前，国内外对倾倒现象所进行的研究还比较少，对层状结构岩体弯曲仍然主要停留在定性的描述上。国内对倾倒岩体现象的认识，是在金川露天矿、碧口水电站、广西红水河龙滩水电站涉及倾倒变形岩体时才真正开始的。随着工程建设越来越多地涉及这类倾倒边坡的稳定性问题，对其研究也就越来越感到迫切。

岩土工程界一些专家和学者曾经对倾倒破坏的工程实例作过详细描述，对倾倒破坏的机理进行了探讨，尝试了诸如极限平衡法、有限元法、离散元法等数值分析方法来分析块状岩质边坡的倾倒，由于自然边坡中存在一些未知因素，物理参数的不确定性，边坡倾倒破坏的不可重复性，所以很难对分析方法的精确程度和可靠性进行评价，不能对边坡倾倒机理有清晰的认识。

为了对倾倒破坏的机理深入研究，Goodman曾经用对基底面摩擦技术对倾倒现象进行简单物理模型研究。其试验模型装置由基底面和框架组成，框架上装有一对宽滚筒，滚筒上卷绕着沙布带。沙布带施加摩擦力给放置于带上的模型底面。当模型底面的运动受阻，则基底面摩擦力将模拟构成模型的各单个岩块的重力荷载，单个岩块常用软木块、熟石膏块、塑料块或木块模拟。

本章介绍用离心机模型试验再现原型重力场的方法，探讨倾倒破坏的机理及破坏过程。分别作了两种离心机模型试验:一种是设计弯曲倾倒式边坡试验石膏模型试验，借鉴了Goodman Bray倾倒边坡数学模型；另一种是岩块弯曲复合式倾倒离心机模型试验。用非连续变形分析方法DDA对倾倒破坏试验的全过程进行数值模拟，反过来也是用离心机试验验证了非连续变形分析方法的正确性和可靠性。通过倾倒模型离心机试验和非连续变形数值模拟，对边坡倾倒的破坏机理有了一些新认识。(www.xing528.com)

离心模型试验可作为解决复杂工程问题的重要手段，与其他常规的模型试验方法相比具有独特的优势，因此，其应用范围越来越广，研究的程度也愈发深入。目前，离心模型试验研究有两个主要的发展方向:一种是进行机理方面的研究和理论上的探讨；另一种是进行实际工程的试验研究。

众所周知，传统的结构模型实验受相似律的限制，难以真实地展示原型的力学行为和破坏过程。离心机通过高速旋转增加模型重力的方法，使试验模型产生与原型相近的自重应力，模型的变形及破坏机制与原型相似，从而可以直接模拟复杂的岩土工程及动力学问题。目前土工离心机的用途已十分广泛，不仅可以用于结构破坏的机理研究，也常用来解决工程的岩土力学问题。