层状岩体边坡整体安全系数数值求解方法对比分析

汪良峰^1,2，吴小刚^1,2，徐鼎平^1,2,3,4，周玉新^1,2

1. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司2. 金属矿山安全与健康国家重点实验室3. 中国科学院武汉岩土力学研究所4. 岩土力学与工程国家重点实验室

摘 要：层状岩体的强度既受层面和层间岩石力学性质的协同控制,也受到边坡临空面与层面产状组合关系的制约,这使得层状岩体边坡的稳定性分析问题有别于一般的各向同性岩质边坡。在深度查阅层状边坡整体稳定性数值分析方法文献的基础上,将分析方法归为基于层面接触单元的强度折减法、基于层面薄层单元的强度折减法、基于隐式节理等效连续模型的强度折减法和基于层状岩体点安全系数的面积加权平均法4类。从这4类分析方法的基本原理出发,采用相同的边界条件、计算收敛标准和力学参数,对已有文献中的经典算例进行了比较分析,进而给出这些方法的优缺点和适用范围。结果表明,无论是采用何种力学模型或模拟手段分析层状岩体边坡稳定性,均应通过不同的方式表现层状岩体力学性质的层面依赖性特征,否则给出的边坡潜在破坏模式与实际情况差异较大;基于隐式节理等效连续模型的强度折减法的安全系数计算结果与其他3类方法有较大差异;各类求解方法都能有效给出相似的潜在滑动面,基于层状岩体点安全系数的面积加权平均法求解效率最高,但在非临界状态下,需要借助其他手段确定潜在滑动面。4类安全系数数值求解方法为层状岩体边坡稳定性分析提供了科学依据。

关键词：层状岩体;边坡稳定性;安全系数;点安全度;横观各向同性;