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文檔簡介
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
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