摘要：土质滑坡是一种全球性地质灾害之一，本文采用条分法建立了土质滑坡断裂破坏模型，以土质滑坡裂纹尖端微元体作为研究对象，通过对土质滑坡裂纹尖端微元体进行受力分析，提出了土质滑坡裂纹的I-II型复合应力强度因子的算法；根据最大周向应力理论，提出了土质滑坡裂纹的断裂角的计算公式。结合北线引水工程安全隐患整改（含龙茜供水改造工程）项目实例得到了土质滑坡断裂滑动面，具有一定的工程应用价值。
关键词：土质滑坡；应力强度因子；断裂角；断裂滑动面
引言
北线引水工程安全隐患整改（含龙茜供水改造工程）项目（以下简称“北线引水工程”）是2016年深圳市政府六届五十六次常务会议批准纳入第一批城市公共安全专项资金计划的重大民生项目，工程线路全长19.46km。该项目横跨深圳市龙岗区和龙华区，施工范围均在城市建成区内，且地质情况复杂，土质边坡较多，施工风险高、难度大、技术要求多。土质滑坡断裂破坏机制研究有利于从根本了解土质滑坡断裂破坏过程及机理，从而减少土质滑坡灾害频率，对土质滑坡的预测和治理具有重大意义和深远影响。
1土体断裂破坏研究现状
断裂力学理论在工程应用中逐年增加，已经渗透至工程各领域。目前，已有研究表明土体裂缝的产生及扩展可采用断裂力学研究。胡骏峰以粘性土为研究对象，从断裂力学的角度出发，采用改进的I型、II型和I-II型断裂试验方法进行试验，研究了裂缝深度、含水率、干密度等因素对断裂韧度的影响特性，揭示粘性土断裂破坏机理[1]；徐其良等认为断裂力学是研究土体开裂破坏的主要工具之一，运用断裂力学对土体裂隙发育过程进行解释一般有两种途径，即从应力的角度和从能量的角度，涉及的土体断裂力学参数包括应力强度因子、断裂韧度和能量释放率，是用来判断土体是否开裂以及什么时候开裂的有力依据[2]；Bear J U从能量的角度来说，土体中裂缝的产生是由于土体内能量的不平衡引起的。在断裂力学中裂缝按受力状态分为三种基本类型，即张开性（Ⅰ型）、滑开型（Ⅱ型）和撕开型（Ⅲ型）[3]。
断裂力学对土体的研究成果较多，但应用于实际工程较少。本文通过断裂力学对土质滑坡断裂破坏机制进行研究，研究的土质滑坡仅考虑自身重力对其裂纹的产生及扩展的影响，推导了土质滑坡裂纹尖端的Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子并预测了土质滑坡裂纹扩展方向。
2基于断裂力学的土质滑坡理论分析
2.1Ⅰ型和Ⅱ型裂纹应力强度因子
断裂力学是一种研究裂纹失稳和扩展等规律的系统科学。在实际工程应用中，采用断裂力学研究土体中裂缝的Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子的可行性已经得到了众多专家的认可。KⅠ、KⅡ分别叫Ⅰ、Ⅱ型裂纹的应力强度因子，KⅠc、KⅡc分别是KⅠ、KⅡ临界值，它是一个材料常数，称为断裂韧度，可通过试验方法测定。当土体裂纹尖端Ⅰ和Ⅱ型应力强度因子超过其自身断裂韧度时，土体裂纹将会继续扩张。在实际工程中，土质滑坡的断裂破坏类型主要是Ⅰ-Ⅱ型复合断裂破坏，其中Ⅰ型断裂破坏为主，Ⅱ型断裂破坏为辅。
（1）
新坐标系轴在旧坐标系2个坐标轴上的投影（即与2个坐标轴的夹角余弦）分别为、；新坐标系轴在旧坐标系2个坐标轴上的投影（即与2个坐标轴的夹角余弦）分别为、。
本工程算例通过断裂力学对土质滑坡裂纹扩展进行了预测，其土质滑坡滑裂面与瑞典条分法计算得到的土质滑坡滑动面基本相符，证明本文推导的土质滑坡Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子及裂纹断裂角具有重要的理论价值及意义。
4结论
（1）选取土质滑坡裂纹尖端微元体进行受力分析，考虑其压、剪应力及土体的竖向、侧向自重应力，通过坐标变换求解得到土质滑坡裂纹尖端Ⅰ型裂纹应力函数和Ⅱ型裂纹应力函数。将其代入应力强度因子公式中，求解得到了土质滑坡Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子。
（2）将三角形万能公式代入最大周向应力公式中，通过求解一元二次方程得到2个土质滑坡裂纹尖端断裂角，并根据实际情况舍去其中错误解，得到了土质滑坡裂纹尖端断裂角。
（3）在工程实例计算中，将裂纹扩展长度设置为2且在考虑自重的作用下，通过本文推导的土质滑坡裂纹尖端的Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子和断裂角得到了土质滑坡预测的断裂滑动面，与瑞典条分法计算得到的土质滑坡滑动面基本相符。
参考文献：
[1] 胡骏峰．压实粘性土断裂破坏性状及其判定准则研究［D］．重庆交通大学，2016．
[2] 徐其良．土体干缩裂隙发育过程及断裂力学机制研究进展［J］．地球科学与环境学报，2018，（02）：223-236.
[3] Bear J U，Ken T F，Anderson S H. Image analysis and fracture ge-ometry to characterize soil desiccation cracks． Geoderma，2009；154：153-163.
论文作者:陈斯祺
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/5
标签：土质论文; 滑坡论文; 裂纹论文; 应力论文; 力学论文; 因子论文; 强度论文; 《防护工程》2019年第5期论文;