新鲜完整花岗岩陡崖极限高度理论计算结果探讨

作为坚硬完整而各向同性的代表性岩石,新鲜花岗岩以其陡峻的山势构成自然界独特的、高度不等的陡崖等地貌景观.陡崖的稳定性与其高度密切相关,使得极限高度的数值对地质遗迹保护和自然景观开发具有重要意义,但对其理论研究鲜有报道.采用数学统计、破坏判据、极限平衡等方法开展研究.首先对收集自文献和报告中118组花岗岩物理力学参数值做频数统计,得到其中值密度ρ=2.61 g/cm3,泊松比μ=0.20,内摩擦角ψ=42.1°,内聚力C=28.15 MPa,抗压强度Rc=150 MPa,抗拉强度Rt=10 MPa.然后从莫尔-库伦强度准则等不同理论公式出发,推求其直立陡崖(坡角90°)极限高度为1 532.57～5 747.13 m.如采用斜坡刚体极限平衡法计算,则受到软弱结构面影响的极限高度为300m.据国内外花岗岩陡崖实际数据,发现同时考虑拉破坏和剪破坏的卡尔曼法和莫尔-库伦强度准则的计算结果较为可信,所得极限高度为1 500～2 500 m.最后利用有限元软件Ansys平面应变计算,结果表明2500 m理论极限高度结论可信性.本文最后讨论了研究中未考虑的结构面控制及外动力地质作用影响,说明自然界中难以发现上述极限高度的几方面影响因素,从而为更全面认识新鲜完整花岗岩陡崖高度变化及稳定性评价提供依据.