基于有限元剩余剪力遞推法的巖質(zhì)邊坡抗滑穩(wěn)定研究.pdf

1、我國為多山國家，存在大量的自然邊坡，隨著公路、鐵路、露天煤礦、水庫建設(shè)等基礎(chǔ)工程的實施，近年來又出現(xiàn)了大量的人工邊坡，使得邊坡穩(wěn)定問題日益突顯。在地質(zhì)活動過程中成巖、構(gòu)造等作用的影響下，斷層、節(jié)理和軟弱夾層等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面在巖質(zhì)邊坡中大量出現(xiàn)，改變了邊坡的力學性狀，對巖質(zhì)邊坡的抗滑穩(wěn)定提出嚴峻挑戰(zhàn)。加上外界環(huán)境的多變性和復雜性，使得巖質(zhì)邊坡的抗滑穩(wěn)定問題仍然沒能形成統(tǒng)一規(guī)范的分析方法。大量的工程實例表明，巖質(zhì)邊坡的臨界滑裂面經(jīng)常會由各種不

2、連續(xù)的結(jié)構(gòu)面相互貫通形成，所以在對巖質(zhì)邊坡進行穩(wěn)定性分析時，應該充分考慮到軟弱結(jié)構(gòu)面的影響。
　　本文針對實際中常見的一類工程問題，將剛體極限平衡法和有限元法進行結(jié)合。提出適用于折線形臨界滑裂面的有限元剩余剪力遞推法，研究軟弱結(jié)構(gòu)面未貫通至地表造成主抗滑面位置未知時的巖質(zhì)邊坡抗滑穩(wěn)定問題，并結(jié)合自編Fortran程序?qū)χ骺够鏈蚀_位置進行精確搜索。具體的研究內(nèi)容如下：
　　1.提出有限元剩余剪力遞推法原理：考慮到邊坡失穩(wěn)時內(nèi)

3、部應力轉(zhuǎn)變都會通過滑裂面下滑力及抗滑力的改變表現(xiàn)出來，將邊坡失穩(wěn)問題概化為研究滑裂面力的極限平衡問題，包括滑裂面的受力計算以及極限平衡分析。
　　(1)滑裂面受力計算：考慮到巖體結(jié)構(gòu)的復雜性及材料強度的流變特性，用有限元軟件ANSYS建立邊坡模型并進行彈塑性分析，得到邊坡的初始應力場；提出基于ANSYS的應力積分法，充分考慮滑裂面粘聚力c及內(nèi)摩擦角?的影響，直接積分得到折線形滑裂面自然狀態(tài)下的受力情況（下滑力及抗滑力）。
　

4、　(2)極限平衡分析：結(jié)合剛體極限平衡的思想，假設(shè)在失穩(wěn)時每段滑裂面都達到相同的極限平衡狀態(tài)，將由此產(chǎn)生的剩余剪力沿滑裂面逐級向下傳遞，對各段滑裂面建立極限平衡方程，不斷試算直至滑裂面整體達到極限平衡狀態(tài)時解得安全系數(shù)。
　　2.結(jié)合Fortran語言將有限元剩余剪力遞推法編制成程序，研究主抗滑面起點位置和傾角對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，快速找到使邊坡安全系數(shù)達到最小值時的主抗滑面，從而得到邊坡整體的臨界滑裂面的準確位置。
　　

5、3.采用不同的方法進行對比后發(fā)現(xiàn)：有限元剩余剪力遞推法計算結(jié)果與有限元強度折減法相近，但克服了其受折減方式和人為判斷突變點等的影響，具有更客觀唯一的特性；比采用有限元應力代數(shù)和法計算的安全系數(shù)大，但是避免了對矢量力代數(shù)求和的不合理問題；比采取有限元剩余推力法算得的安全系數(shù)小，但是從建立力的平衡方式上來看方法更為合理；和不平衡推力法相比，克服了對滑裂面人為劃分剛性條塊求解計算的不足。
　　4.利用程序計算的高效性，改變軟弱夾層中的材