楔形体破坏是岩质边坡中最常见的一种破坏形式,楔形体稳定问题也是岩质边坡工程中的经典问题。本文在分析前人研究成果的基础上,提出一种考虑结构面各向异性剪胀的楔形体稳定分析方法,并利用楔形体稳定分析方法求解压力隧洞最小覆盖厚度。 首先,简要回顾岩质边坡楔形体识别方法。介绍利用极射赤平投影法进行结构面数据统计和优势结构面划分。进而识别可能出现的楔形体,初步判别楔形体滑动类型。 其次,介绍并对比现有各种楔形体稳定分析方法。介绍了传统极限平衡法、基于关联流动的上限法、基于潘家铮最大原理的广义极限平衡法、考虑结构面各向同性剪胀的分析方法和塑性力学广义解法。对比分析发现,上述分析方法通过不同途径将楔形体稳定问题静定化;各种方法之间存在内在联系;对结构面均采用Mohr-Coulomb准则描述抗剪强度;考虑结构面各向同性剪胀的分析方法和塑性力学广义解法均视结构面剪胀为各向同性。 然后,提出一种考虑结构面各向异性剪胀的楔形体稳定分析方法。考虑结构面各向异性剪胀的楔形体稳定分析方法以三维锯齿形模型描述结构面表面形态。通过构建由结构面剪胀角确定的塑性速度,确定滑动面剪力方向,进而确定考虑结构面各向异性剪胀的等效内摩擦角。通过建立空间静力平衡方程求解不同剪胀条件下楔形体的安全系数。与考虑结构面各向同性剪胀的分析方法及塑性力学广义解法对比发现,相同剪胀条件下,按考虑结构面各向异性剪胀的楔形体稳定分析方法计算所得安全系数更大。现有方法得到的安全系数上限均是在结构面各向同性剪胀条件下得到的。 最后,从保证压力隧洞上方楔形体稳定的角度,计算压力隧洞最小覆盖厚度。基于两种三维楔形体模型,利用本文介绍的三维楔形体稳定分析方法,求解保证三维楔形体稳定的压力隧洞最小覆盖厚度。Illinois准则是本文基于三维五面楔形体稳定的最小覆盖准则的特例。在最小覆盖厚度选择时,建议适当考虑结构面剪胀效应的影响。