【正文】 ?2 ? ? ? ?? ? ? ?N tg N tg C S C SG1 1 2 2 1 1 2 2sin上述計算的缺陷 ? 有關幾種邊坡滑動模式一般都只考慮滑動塊體重力的作用，而實際上研究的邊坡大多承受靜水壓力、地震力及建筑物的作用力等外加荷載。 ? 圓弧面滑動穩(wěn)定性 Bishop計算法 N S Si Si+1 Ni+1 Ni G ? o x ?? ?? ? ?? ??????( c o ss in ( c o s s in )Cl G tgG tg0楔體滑動 ? 楔形體滑動是常見的一種邊坡破壞形式。 絕大多數(shù)土體邊坡也是圓弧面滑動 。 通過塊體 Ⅰ 的平衡可以求得作用力的大小和方向 。 因此單平面滑動時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為 ： ? 假設兩塊體之間存在一對作用力和 ， 大小相等方向相反 。 ? （ 3）概率法，把巖石邊坡的一些參數(shù)視為一個隨機變量場，通過建立隨機變量的分布函數(shù)來確定邊坡的穩(wěn)定性。 ? (a) (b) (c) (d) ? 巖石邊坡的滑動類型 ? (a) 平面破壞； (b) 圓弧破壞； (c) 楔體破壞； (d) 傾覆破壞 邊坡穩(wěn)定性分析方法 ? 巖石邊坡穩(wěn)定性分析目前有三種方法： ? （ 1）解析方法，最常用是塊體極限平衡法，它通過塊體在假定滑動面上抗滑力和滑動力之間的平衡關系來判斷邊坡的穩(wěn)定性。 斜坡滑動類型 ? Heok根據(jù)滑動面的差異把巖石邊坡的破壞分為四種類型： 圓弧破壞、平面破壞、楔體破壞和傾覆破壞 ，前三種破壞性質屬于滑動破壞，最后一種屬于崩塌破壞。 漸趨穩(wěn)定階段 滑動逐漸停止后，形成特殊的滑坡地形，在巖性、結構構造和水文地質方面相繼產生變化，例如斜坡巖體發(fā)生整體性破壞、巖體變得松散破碎，透水性增強，含水量增高，地層產狀發(fā)生變化。 ?滑動破壞階段 滑體在整體下滑時，滑坡后緣迅速下陷，滑坡壁越露越高，滑體分裂成數(shù)塊。坡腳部分巖體被壓裂致碎，并有潮濕滲水，此時滑動面初步形成，但尚未貫通。 滑坡的發(fā)育過程 ? 蠕動變形階段 由于開挖和外界因素的影響，首先在斜坡內部產生微小的變形和移動，然后逐漸發(fā)展，直至坡面出現(xiàn)斷續(xù)的張拉裂縫。 ? 推動式滑坡開始發(fā)生斜坡的上部，失穩(wěn)破壞的巖體向下滑移，并擠壓下部巖體，造成斜坡下部鼓丘和隆起。 ? 我國按力學條件分類：牽引式滑坡、推動式滑坡兩類。 ? 由人類建設工程引起的滑坡也不少，如云南漫灣水電站左岸纜機平臺斜坡失穩(wěn)，隴海線葡萄園段滑坡迫使鐵路改線，龍羊峽電站虎丘山斜坡變形，成昆線鐵西滑坡。 ? 僅 80年代一次性死亡人數(shù)在 200人以上或直接經(jīng)濟損失在千萬元以上有十余起（如 1980年的鹽池河滑坡、1981年雞趴子滑坡、 1984年新灘滑坡、 1983年灑勒山滑坡， 1989年的溪口滑坡）。 ? 基本特征： ? 滑動的巖土體具有整體性，并保持著斜坡原有的地質結構特征； ? 滑移的方式為滑動，而不是滾動或傾覆。 0xxx ??? )(412)212(32020 tFxxxxuxdt xd ??????????? 滑坡是一種常見的斜坡失穩(wěn)而產生的巖土工程災害。 巖層厚度和彈性模量對臨界深度的影響 隨著巖層厚度的增加，臨界失穩(wěn)甚業(yè)呈現(xiàn)遞增的趨勢。 （ 4）對于中等傾角，傾角的不同對斜坡臨界失穩(wěn)深度有較大的影響。所以低傾角反傾巖層一般不可能發(fā)身拉裂變形破壞。 不同因素對斜坡穩(wěn)定性的影響 巖層的傾角 （ 1）隨著巖層傾角的增大，巖層發(fā)生失穩(wěn)的臨界變形深度有減小的趨勢。 假定板梁受垂直向下的自重力，垂直于板梁的上下巖層的壓力。 （ 6）系統(tǒng)中某些因素變化，導致ｕ，ｖ變化，可對系統(tǒng)演化途徑做定量分析。 ??????????????),(),(),(3213212232111nnnnnfdtdQfdtdQfdtdQ?????（ 4）冪律規(guī)則 地震震級大于 m的地震數(shù)目 N服從 (GR)定律 bmaN ??lg泥石流流量與發(fā)生概率 PbaY lglg ??dmcE ??lg洪水發(fā)生的概率和大小 bSaN ??lg滑坡的頻率與規(guī)模 VN ??（ 1）根據(jù)巖土工程特征，建立相應的數(shù)學力學模型； （ 2）求出系統(tǒng)的總勢能，利用泰勒級數(shù)展開、變量替換將勢函數(shù)化為突變的標準形式： 4 滑坡突變失穩(wěn)特征 突變分析的一般步驟 vxuxxxV ??? 24)(（ 3）對 V求導，得平衡曲面 M,和分叉集方程 024 3 ??? vuxx（ 4）系統(tǒng)發(fā)生突變得必要條件 u0。 在混沌動力學中 Feigtnbaum發(fā)現(xiàn)在混沌區(qū)周期窗口中倍周期分叉點序列和混沌帶倍周期逆分叉序列的相鄰分叉點間距之比都趨近于一個無理數(shù)： …… （ 3）同型性 不同的學科具有相似的定律，本質不同的領域會出現(xiàn)結構統(tǒng)一的定律。 巖土工程演化同樣存在一個無序到有序的自組織過程。是指世界上各種事物之間存在著普遍適用的規(guī)律，具體表現(xiàn)為：不同系統(tǒng)演化途徑具有統(tǒng)一性，自然解中存在一些普適性常數(shù)以及同型規(guī)律和冪律規(guī)則。 對稱性是廣義的，它既指幾何形態(tài)，也包含系統(tǒng)的功能狀態(tài)。 自組織原理 京廣鐵路大瑤山隧道施工 自組織廣泛存在地下開挖工程中，開挖形成自然拱 —— 開挖結構一個自組織表現(xiàn)， 這種調節(jié)能力有一定的限度，如果開挖速度太快或開挖強度太大，在巖體的自我調節(jié)能力顯得無能為力，巖體將發(fā)生大規(guī)模的整體破壞。 突變性原理在地質災害防治方面有較大的適用價值，如何人對突變的控制，從突變失穩(wěn)轉化微漸變破壞。 開放性原理 巖土體 地下水、地表水和大氣水 植被 人類活動 太陽 突變性原理是指系統(tǒng)實現(xiàn)質變的一種方式，本質是系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)向另一種穩(wěn)定狀態(tài)的躍遷。 分形理論 自相似性原理 開放性原理是指任何系統(tǒng)只有把自己保持在不斷與外界交換物質、能量和信息狀態(tài)下，才能具有保持自身動態(tài)穩(wěn)定性的能力。 尺度效應 自相似原理指的是：事物的局部和整體形態(tài)相似，或系統(tǒng)的各個層次具有相似的結構。 結構面的分類： I類結構面，以斷層為主，控制區(qū)域或山體的穩(wěn)定性 II類結構面，以貫通性裂隙為主，控制局部巖體的穩(wěn)定性 III類結構面，以斷系延伸裂隙為主，破壞巖體的完整性 層次性原理 層次性原理體現(xiàn)在巖體工程循環(huán)賽那個幾何結構的層次性。 層次性原理是指任何復雜的巖土體工程問題都具有層次性，在分析時，不但應分層次逐個進行，而且要注意各層次之間的聯(lián)系。 分解協(xié)調性原理 252m 370 622 南芬露天鐵礦非工作幫的大規(guī)?；拢?250萬立方米） 1999年下半年 ~2022年上半年 分解 — 協(xié)調 — 整體過程 順層斜坡的滑移 — 彎曲變形 在現(xiàn)場地質調查中，只能發(fā)現(xiàn)坡體前緣巖層的皺曲現(xiàn)象，在坡體的后部發(fā)現(xiàn)一些張裂破壞跡象，如果不把這些現(xiàn)象有機地聯(lián)系起來在儀器分析，從整體上考察，就很難得出坡體的變形機制。金剛石和石磨的例子。 要素是系統(tǒng)的基礎，是構成系統(tǒng)的必要條件，但如果要素不按一定的結構方式組合起來，也就不能構成有機的整體。 （ 4）巖土災害的發(fā)生往往表現(xiàn)為突發(fā)性，但也有可能漸變破壞。 （ 2）系統(tǒng)規(guī)律具有不確定性，跟外界的干擾和內部系統(tǒng)本身有關。自行研制的大功率高可靠性刮板輸送機，以及高工作阻力的液壓支架。 D C C E? ?1 2e x p ( )應變能的釋放與分形維數(shù)的關系 露天礦剝離采用單斗 /卡車間斷開采工藝，采煤采用單斗卡車膠帶輸送機半連續(xù)開采工藝，安家?guī)X露天礦設備選型配套時為了提高設備的可靠性和生產能力，優(yōu)選了國外成熟的大型采掘設備，主要設備有 35m3電鏟、 172噸級運輸卡車、 520馬力履帶推土機和 450馬力推土機。 一個低分形維數(shù)值的出現(xiàn) ， 意味著巖體內將形成一個大的破裂事件 ， 也就對應一次巖體失穩(wěn)事件 。這些微斷裂非常容易匯合聚集，有可能發(fā)生一個巖體的大破裂（巖爆）。這個過程剛好對應于聲發(fā)射探測的平靜期或反常期。一些地質構造面的存在使得進一步開采所誘發(fā)的應力狀態(tài)是拉應力，則嚴重損傷區(qū)將演化成巖爆的震心，并形成一個大的巖爆事件。隨著采動應力的增加，局部微破裂也相應增加，并且在某些區(qū)域形成微破裂集聚。 微地震的震源位置分布（ 2月到 5月 微地震的震源位置分布（ 6月到 9月） 分形維數(shù)與主巖爆之間的相關性 巖爆的物理過程可以用損傷力學來描述，首先由于巖石內的初始損傷在采動應力作用下，在巖體內部形成局部損傷拉應力狀態(tài)。由于巖石破碎過程也是一個分形過程，可以建立一個分形破碎模型來分析破碎與能量耗散的關 D p k? 3 l o g / l o gE C r rf n n? ?? ?( )2 1 1 1巖爆的分形機理 ? 如果說巖石試件的破壞是小尺度的巖石破壞，地震是大尺度的巖石破壞，那么巖爆就算中等尺度的巖石破壞。隨著破碎塊度的逐漸減小，必然產生更多的新表面，因此需要耗散更多的能量。 圖 給出了 Feder量測的海岸線長度 L和尺碼的雙對數(shù)圖 。 當選大尺碼去度量該海岸線時 ， 很多港灣和峽谷被忽略掉 ， 當選小尺碼去量測時 ， 小的港灣和峽谷被忽略 。 ? 定義 4：分形就是比在經(jīng)典幾何考慮的集合更不規(guī)則的集合 ， 這個集合無論被放大多少倍 ， 越來越小的細節(jié)仍能看到 。 分形的定義 ? 定義 1： 設集合 F?Rn 的 Hausdorff維數(shù)是 D。 這說明分形維數(shù)能刻畫海綿體這類隨機分布孔隙體的幾何結構本質 。 這種維數(shù)量剛的突變性說明歐氏空間的整數(shù)維只是一個表觀維數(shù) 。 ? 巖石材料作為億萬年地質演變的產物 ， 具有大量自然形成的不同層次的孔隙 、 空洞和裂紋分布 ， 可以抽象地看成高剛度的海綿體 。 ? Mandelbrot把分形定義為：如果一個集合的 Hausdorff維數(shù)嚴格大于它的拓撲維數(shù) DT， 則該集合為分形 。 ])P1()P1] [ ()P1()P1] [ ()P1(P1[P24])P1()P1] [ ()P1(P1[P12])P1()P1[(])P1(P1[P12])P1(P1[P4])P1()P1] [ ()P1(P1[)P(12])P1(P1[)P(6])P1(P1[)P(4)P(P8)r(14)r(14)r(13/8)r(13/8)r(1)r(1)r(124)r(13/8)r(13/8)r(1)r(118)r(13/8)r(123/8)r(1)r(1)r(13/8)r(1)r(1)r(18)r(14)r(14)r(1)r(12)r(124)r(1)r(12)r(18)r(1)r(13)r(14)r(1)1r(1?????????????????????????????????????????????0* 4 3 2 ???? 分形幾何是由 Mandelbrot（ 1983）發(fā)展起來的一門新的數(shù)學分支，用來描述自然界不規(guī)則以及雜亂無章的現(xiàn)象和行為。只得借助數(shù)值迭代方法。 對應力轉移和單元破壞作如下假定： （ 1） 當大單元中所有小單元全部破壞時 ， 大單元才破壞； （ 2） 破壞單元先前承受的應力平均轉移給臨近未破壞單元 。 如果假定單元相互獨立 ， 那么每一種單元狀態(tài)的破壞概率可以用下式表示： * * * * * * * * * * * * * 4 3 2 1 )1()1()1()1(][][][][][13114311342121241311441 PPCPPCPPCPPCPuuuubuuubbuubbbubbbb????破壞條件概率 ? 在模型中采用條件概率 Pa,b 表示破壞單元對臨近非破壞單元的影響 。 一個組合而成的大單元有五種可能情況： [bbbb]、[bbbu]、 [bbuu]、 [buuu]、 [uuuu], 這里 b表示已破壞單元 ， 而 u表示未破壞單元 。 這就是模型的重正化過程 。 （ Renormalization Group) 巖石破壞的重正化模型 ? 圖中顯示：四個小格子單元組成一個大單元 ， 而大單元的性能具有唯一性 ， 它由四個小格子單元組合而成 。 也就是說 ， 脆性巖石在臨界破壞時不同尺度下具有相同的破壞性質 。 （ Renormalization Group) ? 重正化技術是一種模擬非均勻大系統(tǒng)演化過程的數(shù)學工具 。 Madden利用重正化技術把巖石宏觀導