基于边坡远程监测的楔形滑坡讨论
2015-03-20
1 引言
边坡稳定性监测研究已经成为近代滑坡地质灾害预报及控制的重要课题。国内外对边坡稳定性监测方法主要包括位移、岩体倾斜、地下水及岩体破坏声发射等手段，其中应用最广泛的是位移和岩体变形监测。然而，有位移和变形并不一定产生滑坡，滑动力才是决定滑坡灾害发生的先决条件。滑坡发生与否决定于“下滑力” 和“抗滑力” 之间平衡状态变化。只有滑动力超过岩体抗剪强度，边坡才会发生破坏。
“滑坡灾害及边坡应力智能远程监测系统” 是中国矿业大学（北京）岩土工程研究中心何满潮教授提出并研发的一套具有实用价值的滑动力监测系统。采用“穿刺摄动”技术，把力学传感系统穿过滑动面，固定在相对稳定的滑床之上，施加预应力 ，力学上称为“摄动力”，将可测的人为力学系统插入到不可测的天然力学系统中，组成一个部分力学量可测的复杂力学系统，实现滑动力的间接求解，进而推导出可测力学量和非可测力学量之间的函数关系。通过测量 的大小，就可判断滑坡体内应力的变化状态以及超前预报滑坡灾害的发生时间和规模。
我国滑坡地质灾害种类繁多，滑动面几何形态各异，而楔形滑坡是一种常见的边坡破坏形式，因此针对楔形滑坡的研究讨论对于丰富和改进边坡远程监测系统具有重要意义。
2 楔形滑坡模型及其计算
2.1楔形滑坡模型假定
楔体结构，即块裂结构是岩体中常见的结构，受几组不同产状的控制性结构面切割，形成不同形态的块体。在自然条件下，这些块体处于平衡状态，当开挖边坡后，边坡内岩体应力状态重分布，暴露在临空面上的某些块体失去原有平衡状态，沿结构面滑移导致局部失稳，进而产生连锁反应，造成整个边坡失稳破坏。破坏岩体一般呈楔形结构，如图1：
在滑动力学系统可测性原理基础上，用极限平衡理论对楔形滑坡稳定性进行计算。图1表示了楔形变形体远程监测预警系统对边坡滑动力监测的力学模型，该模型假设如下：
①滑坡视为刚体，即滑坡过程中不发生拉伸和压缩变形；②滑动面为楔形滑移面；③岩体相对隔水，沿滑移软弱面和后缘裂隙分布静水压力；
④下滑力和抗滑力平行于滑面，岩体之间的作用力按内力来考虑；⑤考虑静水压力，不考虑地震和爆破扰动等影响因素。
一般以三角形为基本计算单元，三角形面积采用已知三边长的计算公式
2.2 楔形滑坡下滑力的计算
根据极限平衡理论对楔形边坡稳定性进行计算：
（1）楔形体的自重：
（2）将 分解为与交线CD平行的 和垂直的 ，如图2所示，α可从赤平极射投影图上确定；
（4）当地表降水从楔形体后缘拉裂面渗入后，经过 和 软弱面，楔形体所受孔隙水压力应力如图3。
作用于两软弱面 和 上的孔隙水压力分别为：
（5）摄动力 作用于软弱面 和软弱面 上的法向分力 和 。根据应力图解求得：
（6）当岩体处于极限平衡状态，楔形滑动面两个软弱面切向力有：
结论
通过计算建立楔形滑移面下滑力和摄动力之间的函数关系，得出下滑力。说明在楔形滑坡模型中，通过滑坡远程监测系统下摄动力的引入，便可由对摄动力 的监测而算出下滑力的大小。由此监测滑坡体内应力
的变化状态，进行滑坡远程监测研究。
边坡滑动面几何特征复杂多样，用一种监测力学模型难以概括和模拟出所有滑坡监测实际情况。本文在滑动力学系统可测性原理的基础上，建立了楔形滑坡人为力学和天然力学系统之间的函数关系，通过楔形滑坡监测力学模型的推导，在前人研究的基础上，完善了原有监测力学模型，且大大提高了监测精度，为滑坡超前预警预报提供可更加科学的理论基础。
研究结果表明，滑坡远程监测系统同样应用和推广在楔形滑坡上，具有极高的工程和经济效应。为日后相关楔形滑坡的远程监测提供一定参考，结合具体的工程可作进一步的研究讨论。
