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含顺层断续节理岩质边坡地震作用下的破坏模式与动力响应研究
摘要：
岩质边坡在地震作用下容易发生破坏，特别是含有顺层断续节理的岩质边坡。本文基于顺层断续节理岩质边坡的物理模型，采用有限元分析方法，研究了岩质边坡在地震作用下的破坏模式和动力响应。通过模拟陡峭坡面和缓坡面两种不同的边坡形态，并分别加以地震动荷载，形成相应的有限元分析模型，对于当顺层节理面与坡面夹角较小时，边坡在地震下容易发生的不同类型的破坏进行了分析，以及对于缓坡面模型的岩体加荷情况进行了动态响应分析。
关键词：坡面，顺层断续节理，地震，破坏，动力响应
引言：
岩石体作为重要的地质工程材料，在自然界中广泛分布。由于应力变化、水渗透、温度变化、地震等因素的影响，导致岩石体内部发生各种类型的变形和破坏，这样会影响到地质工程的安全性。其中，顺层断续节理作为一种重要的形式，存在于大多数岩石体系中，特别是强、中等坚硬的岩质边坡上，具有很强的控制力，然而在地震作用下，容易发生破坏，成为岩质边坡工程中的一个难题。因为地震荷载能够对边坡体系产生很大的冲击力，而相对较弱的弧度”。本文采用有限元方法对于岩质边坡的动态响应进行了分析，以期探究含顺层断续节理岩质边坡在地震作用下的破坏模式和动力响应，为岩质边坡工程的安全设计提供理论指导和参考。
模型建立：
1.材料参数
为了简化模型，研究对象两侧为岩体，两岸河道为细砂土，整体构成为沙岩-粉砂岩地质体。考虑边坡为均质材料，在不同荷载下的弹性模量为60GPa，泊松比为0.2。若岩石横向弹性模量相对于沙子而言要高出数个数量级，故沙子属性可视为线性弹性物料。
2.模型选择
对于有限元分析来说，最基本的问题是选择合适的模型和网格单元。在本研究中，首先基于岩质边坡的物理模型，将其分为陡峭坡面和缓坡面两种不同形态，分别构建相应的有限元分析模型。在缓坡面模型的岩体上扫描菲涅尔圆以获取断层面的几何数据。对于岩体的分布，使用建立的三段式模式，第一层为沙岩，第二层为砂岩，并假定化学稳定。但实际上，岩石体并不是完全均质的，岩石中普遍存在许多小裂缝，故需要合理地建立局部模型。
结果与讨论：
对于陡峭坡面模型，在地震荷载作用下，发生的主要破坏类型是坡顶滑裂，即从坡顶向下滑动并滑出大块的情况。而对于缓坡面模型，在地震荷载作用下，发生的主要破坏类型是顶部向下的内滑坡。由于顶部斜坡的倾斜角度较小，发生内滑的几率较大。
通过对模型的动力响应分析，发现在地震动荷载的作用下，岩质边坡发生了较大的动态变形，从而产生了较大的动态应力响应。同时发现，沙岩部分的应力响应大致呈现圆锥形，圆锥顶部集中在载荷中心；而岩体部分的应力响应分布较分散。
结论：
通过本文的研究，可以得到以下结论：
1.在地震荷载作用下，岩质边坡发生的破坏类型与坡面形态密切相关，坡顶滑裂是陡峭坡面模型的主要破坏类型，顶部向下的内滑坡是缓坡面模型的主要破坏类型。
2.在地震动荷载下的动力响应分析表明，在相同载荷下，缓坡面模型的岩体应力响应相对较小，沙岩部分的应力响应大致呈现圆锥形，圆锥顶部集中在载荷中心。
3.岩石体中存在许多小裂缝，实际岩石体系的局部模型需要更加合理地建立，以便更好地分析破坏模式和动态响应。
参考文献：
赵石峰,唐复平,姜宇雪.含节理岩质边坡地震动力响应数值分析[J].岩石力学与工程学报,2009,28(6):1122-1131.