基于線性與非線性破壞準則的邊坡強度折減法研究.pdf

1、穩(wěn)定性分析是邊坡工程最基本最重要的問題，也是邊坡設計與施工中最難和最迫切需要解決的問題之一。近年來隨著計算機技術的不斷發(fā)展，采用強度折減法進行邊坡穩(wěn)定性分析成為新的趨勢；與傳統(tǒng)的極限平衡法相比，強度折減法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應力應變關系，計算時不需任何假定，能自動地求得任意形狀的臨界滑動面及相應的最小安全系數(shù)，同時還可反映坡體失穩(wěn)及塑性區(qū)的開展過程，使分析研究的理論基礎更為嚴密。目前，強度折減法計算邊坡安全系數(shù)方面的研

2、究，雖然取得了不少成果，但還遠未達到完善的程度。本文針對目前強度折減法的一些細節(jié)進行研究，主要內容和結論如下：
　　 (1)討論了強度折減法安全系數(shù)的定義，推導了其與極限平衡法安全系數(shù)定義的關系，從理論上闡述兩者的一致性；
　　 (2)分析了在不同坡角情況下，粘結力c和內摩擦角φ對于穩(wěn)定性的影響程度，從巖土體微觀抗剪機理闡述了邊坡穩(wěn)定性的影響因素；提出了等效影響角θe的概念；當坡角β＝θe時，c和φ對穩(wěn)定性的影響程度相同

3、；當坡角β＜θe時，摩擦角φ發(fā)揮的作用大于粘結力c發(fā)揮的作用；當β＞θe時，c對穩(wěn)定性的影響程度大于φ；該等效影響角適用于所有均質邊坡，具有普遍性，其值為θe＝34.1°；
　　 (3)對同一邊坡算例建立三種臨界失穩(wěn)判據(jù)，采用拉格朗日元法對邊坡進行彈塑性穩(wěn)定分析，將三種判據(jù)得到的安全系數(shù)進行對比，探討各個判據(jù)的合理性及實用性，得到：塑性區(qū)貫通判據(jù)在判斷塑性區(qū)是否貫通時需人為進行觀察，“自動化”程度不高；計算不收斂判據(jù)原理簡單，得

4、到的安全系數(shù)與位移突變判據(jù)的結果差別十分微小，并且便于程序編制；位移突變判據(jù)物理意義明確；
　　 (4)為了確定位移突變判據(jù)中的監(jiān)測點和監(jiān)測方式，在邊坡面和內部布設若干監(jiān)測點進行對比分析，并采用曲線方程對位移～折減系數(shù)的關系進行擬合，得到：a、雙曲線方程δ＝(b＋cK)/(1＋aK)的擬合效果較好；擬合結果能夠得到邊坡的安全系數(shù)；b、監(jiān)測點須在臨界滑移線以內選??；在未知滑移線位置的情況下，選取坡腳作為監(jiān)測點是不合適的；同一點在不

5、同位移方式下，得到的安全系數(shù)相等；
　　 (5)采用邊坡的位移等值線對滑動面進行判斷，并利用自編FISH程序將該曲線和邊坡線數(shù)據(jù)取出，從而量化滑動面上各點的位置，實現(xiàn)了滑動面直接確定方法；設置不同彈性區(qū)高度，得到多滑動面的確定方法；
　　 (6)分析影響因素粘結力，內摩擦角，抗拉強度，剪脹角和彈性模量對邊坡安全系數(shù)和滑動面的影響，得到：內摩擦角和粘結力對安全系數(shù)和滑動面位置的影響最大；定義了新的參數(shù)λcφ＝ccr/(γh

6、tanφcr)，統(tǒng)一了滑動面隨粘結力和內摩擦角的變化趨勢；安全系數(shù)隨著抗拉強度的增大而呈現(xiàn)遞增的規(guī)律；探討了不同工況下，剪脹角和彈性模量對安全系數(shù)的影響，完善了以往穩(wěn)定性分析對這些參數(shù)的處理方法；
　　 (7)采用雙彈簧錨桿單元，模擬了邊坡開挖過程中，錨桿的加固效應，討論了強度折減法在考慮錨桿加固情況下的實施過程以及錨桿參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，得到一些新的見解對科學研究和工程應用都有一定參考價值；
　　 (8)為了在Hoek

7、-Brown準則中實施強度折減法，并使其得到的結果與Mohr-Coulomb準則中強度折減法得到的結果等效，通過理論推導得到Hoek-Brown準則與Mohr-Coulomb準則參數(shù)之間的關系；采用等效粘結力和內摩擦角，計算邊坡的安全系數(shù)，從而間接得到Hoek-Brown準則下邊坡的安全系數(shù)，該方法方便可行，具有實用價值；
　　 (9)將強度折減法與描述層狀巖體的Ubiquitous-Joint準則相結合，通過數(shù)值計算，分析了層

8、狀巖質邊坡穩(wěn)定性的影響因素，擴展了強度折減法的應用范圍；
　　 (10)進一步探討Hoek-Brown準則強度折減法在三維邊坡穩(wěn)定性分析中的應用，以某露天礦邊坡為工程背景，利用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)，建立三維數(shù)值分析模型，計算邊坡的安全系數(shù)和破壞模式，從宏觀角度揭示出邊坡開挖后，不同區(qū)域的位移變形響應，為工程實踐提供指導；
　　 (11)采用FLAC3D對層狀邊坡的破壞模式進行模擬，利用低強度彈塑性單元模擬軟