水头分布方式对边坡安全系数的影响分析

地下水是影响边坡稳定性的一个重要因素。地下水对边坡岩体通常产生静水压力、动水压力,以及降低岩土体的强度参数等方面的影响。地下水压力改变着边坡岩体的力学状态,地下水压力的增加,导致边坡稳定性明显降低,这常常是边坡破坏的重要突变因素之一。因此在进行岩体边坡的分析中,裂隙中的水头分布方式对于边坡的安全系数的确定有较大的影响。对于岩体边坡中的水头分布方式一般均采用Hoek提出的水头分布方式,如图3.27所示。当裂隙为平行裂隙时,其水头分布与图3.27所示的水头分布方式相符,而裂隙由于各种原因,也许不是平行裂隙,则根据其水头分布方式计算得到的边坡安全系数将会出现变化,因此,根据上节提出的非平行裂隙(即扩散型裂隙和收缩型裂隙)的水头公式进行了边坡安全系数的计算,并和图3.27所示的传统计算方法进行了对比分析。

图3.27 边坡水头分布方式

对于图3.27所示的边坡来说,其安全系数可表示为

式中:Z为裂隙的深度,;A为裂隙面长度,A=(h-Z)×cosec ψp;γh2[(1-(Z/h)2cot ψp-cot ψf];U为裂隙面上的压力,对于平行裂隙,当裂隙为非平行裂隙时,则根据其形状,采用式(3.81)和式(3.83)来进行计算;V为水平方向水头,。

边坡的各种计算参数如表3.2所示。(www.xing528.com)

表3.2 边坡的计算参数

对于不同的裂隙形状,当饱水时,Zw=Z,则其计算得到的安全系数如表3.3所示。

表3.3 边坡安全系数计算结果对比分析

注:负号表示安全系数降低。

从表3.3中可以看出,随着裂隙形状的不同,其边坡的安全系数也发生了变化,三者中收缩型裂隙的安全系数最小,其次为平行裂隙,扩散型裂隙的安全系数最大;如果边坡处于临界状态,但依然采用平行裂隙的水头分布方式分析岩体边坡,则会过高地评估边坡的安全系数,从而导致事故的发生。