克孜尔水库右坝肩：倾倒变形反分析与加固措施

边坡失稳有三种主要形态:平面滑动、楔形体和倾倒破坏。而岩土工程界对边坡倾倒破坏的认识比较晚，进行数值分析也最为困难。

倾倒边坡特征是有一组反倾坡向的岩石层面或高连通率的结构面，破坏形式主要表现为倾倒的岩柱旋转弯曲折断破坏，从坡面上观察，岩柱呈台阶状并伴有裂缝。岩层在自重或其他外力作用下，向有变形空间的顺坡方向弯曲，首先在受拉面产生拉张效应，而在受压面则产生压裂效应，由于蠕变效应，岩体会继续弯曲，其间有可能出现弯断、倾倒及倒塌等几个过程。

弯曲较为严重的边坡，一般会在剖面上表现三个带，从边坡往里依次为倾倒倒塌带、弯折松动带和弯折松弛带。当不存在有明显的弯曲倾倒折断带时，弯曲倾倒蠕变体中的岩层倾角变化是渐变的；若存在有折断带时，倾角变化是突变的。

Goodman Bray创建了理想的倾倒模型并用极限平衡方法求解倾倒边坡的平衡条件，Goodman Bray方法虽然十分简便，适宜在工程实际中应用。但是还存在着一些局限性，影响其适用范围。

(1)此法假定岩柱底滑面完全连通，并只有摩擦力。但是，发生倾倒破坏的实际岩体一般都没有完全贯通的底滑面。在岩柱底面、节理和岩桥共同作用，使得岩柱产生对倾倒和滑动的抵抗力和力矩。将底滑面的连通率视为100%，会得出过于保守的计算结果。

(2)Goodman Bray模型以坡脚第一块岩柱所需外力作为衡量边坡稳定的标志，在实际应用中不方便，有待于将计算结果转换成工程中易于接受的安全系数。(www.xing528.com)

(3)此法假定被离散的条块为矩形，即条块的底面和侧面正交，这是一种理想的情况，实际工程中往往很难找到两组正交的结构面。

针对Goodman Bray方法存在的上述局限性，陈祖煜、汪小刚等对其数学模型作了改进，引入节理连通率的概念；考虑了底面与侧面非正交的情况；倾倒底面由直线改进为三点的折线，适用的条件仍十分苛刻。

倾倒边坡显然是非连续性大变形问题，连续介质小变形的有限元方法显然不适合求解倾倒边坡问题；有限差分方法(如FLAC程序)虽然能够计算大变形，但计算的仍是连续介质，且没有有效的接触机制，会发生嵌入现象，可能得到错误的计算结果；刚体极限平衡方法只适合简单的理想倾倒模式。而建立在非连续介质模型基础上应力应变分析的DDA方法可以模拟岩块的平移、旋转等各种形态的变形，更能反映倾倒边坡的实际情况，可能是分析岩质边坡倾倒破坏的有效的手段。

非连续变形分析的特有优点是:完全的运动学及其数值可靠性、完全的一阶位移近似、严格的平衡要求、正确的能量守恒和高计算效率。因此，DDA方法计算结果更能接近事物的本质，更接近工程实际中的力学现象和破坏现象。DDA方法适合模拟倾倒边坡的变形和裂缝，分析边坡的稳定性。与传统的分析方法相比，DDA方法具有明显的优势。

本章用DDA方法反分析克孜尔水库右坝肩倾倒边坡裂缝的发生和发展过程，讨论倾倒变形的产生机制，对边坡的安全性做出评估，然后提出加固方案并分析加固措施的效果。