断裂力学中加筋边坡对边坡内部裂纹扩展的抑制作用

断裂力学中加筋边坡对边坡内部裂纹扩展的抑制作用

兰小钧

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

摘要：在山区道路修建过程中，，存在大量的边坡，往往需要考虑到边坡的稳定性。文章分析了滑坡形成的断裂力学机理和加筋边坡对边坡内部裂纹扩展的抑制作用。结果表明，加筋边坡能有效改变土体内部裂纹的扩展路径，防止形成滑动面，对滑坡治理具有积极意义。

关键词：加筋边坡；裂纹扩展；抑制作用；

0引言

加筋边坡是在土坡中掺入相当数量钢筋后所产生的人工边坡。加筋提高了边坡的稳定性，使坡度变陡从而降低高填方施工边坡的使用安全性。因此加筋边坡在国外均有一定研究成果和使用经验，其稳定性计算和布筋方式基本都以极限平衡理论为主要基础，但也因为这些基础理论在边坡稳定性计算结果中所作的某些假定和简单化及其加筋土机理的复杂化而计算结果和实际状况有了很大区别，从而使布筋并没有完全发挥作用，而造成了边坡不稳状态或过多布筋而造成浪费。

1滑坡形成的机理

滑坡，是指倾斜岩石体顺着贯通的剪切破坏面而引起的滑动地貌现象，是当某一滑动面剪应力超出了该面的抗剪强度时所致。

1.1滑坡的形成过程

滑坡的形成过程一般可分为4个阶段。

1.坡上有些土体在自重的持续作用下，产生了较慢、匀速、连续的微量变化，并伴随着局部整体拉张成剪切损伤，从地表看到后缘部产生拉裂纹或加宽扩大，两侧翼产生了断续剪切破裂。

2.由于断续裂面的发展和相互连通土体的强度不断降低，土体应变速度也日益增大，后缘拉开裂面也日益加深和展宽，向前缘逐渐突出，有时伴有鼓张裂缝，应变量亦迅速增大。

3.当滑动面充分贯通，阻滑力明显减小，则滑动面之上的土体即可直接沿滑动面上滑过。

4.由于滑行能力的耗失，滑行速率逐步减小，直到最后终止滑行,获得有效的平衡。

上述4个阶段都是整个滑坡事件演变的典型过程，在真实出现的滑坡事件中，4个阶段也不一定都非常成熟和经典。随着土体和滑层的结构特点、促滑力的重要程度、操作方法、以及滑移体所具备的位能程度等不同，滑动体各阶段的形式和阶段长度会有较大的区别。

1.2滑坡形成的断裂力学机理

在边坡内部剪切或蠕变破碎的过程中，破体内首先会有一个或多个发生剪切破碎面，从而产生了第一道裂缝，混凝土体在自重作用下，并受到地震、降水等各种因素的影响，该裂纹逐步扩展，直到各个裂纹连接到一起，形成滑动面，坡体随即产生滑动引发滑坡。

2断裂力学中加筋边坡对边坡内部裂纹扩展的抑制作用

根据滑坡产生的机理，本质上就是随着土体中应力逐步累积，内部开始产生裂纹后裂纹逐步扩展形成滑动面，产生滑坡。

在边坡中加入钢筋，裂纹形成后开始扩展时，当裂纹沿滑动面扩展至钢筋位置时，受钢筋影响，钢筋会阻止裂纹沿着尖端方向继续扩展形成滑动面，将改变裂纹扩展的方向，使裂纹沿着钢筋扩展并在扩展一小段后很快停止。使最初的各个裂纹不能连接形成滑动面而避免滑坡的产生。

并且在改变裂纹扩展方向的同时伴随着土体中的应力重分布，使土体中的应力得到释放，进一步降低了滑坡的风险。即使裂缝尖端穿越钢筋，也会在瞬间形成一种强大的负应力强度因子，从而使得裂缝无法再进一步的通过钢筋而扩展，从根本上防止了滑面的产生，也提高了边坡的稳定性。

3结论

素土边坡的变形破坏，起于坡体上因为最大剪应力所产生的剪切断裂裂缝的延伸、贯通，并产生的滑动面；在土体中加入刚筋则能够改善裂缝延伸路径，从而减少了裂缝的应力强度因子，同时防止了裂缝的延伸贯通形成滑动面，进而增加了边坡的稳定性。

在土体中加入刚筋的功能就是改变裂缝延伸路线，防止坡体的裂缝延伸、穿透形成滑动平面。所以，假设我们在能产生最大剪应力的坡体范围内布钢筋，那么坡体剪切裂缝的扩大将被大大抑制，在坡体中将同时不致产生贯通的下滑面，因此边坡稳定性也将被大大改善，而筋材作用亦得以有效利用。

参考文献(References)：

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作者简介：兰小钧（1996—），男，硕士研究生