多重作用的邊坡穩(wěn)定性及分析方法的研究.pdf

1、滑坡是典型的地質(zhì)災(zāi)害之一，也是巖土工程領(lǐng)域重點研究的課題。邊坡的穩(wěn)定性問題受多種因素的影響，在評價過程中且多學(xué)科相互交融，形成了邊坡研究的復(fù)雜性、系統(tǒng)性和重要性。目前，國內(nèi)外在這方面的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實踐，因此要運用現(xiàn)有的理論知識和技術(shù)來開創(chuàng)求解和評價邊坡穩(wěn)定性的新方法和新思維，并不斷完善既有的理論具有更大的技術(shù)挑戰(zhàn)性和學(xué)術(shù)前瞻性。本文在已有研究工作的基礎(chǔ)上，綜合利用巖土流變力學(xué)、滲流理論、土水化學(xué)分析效應(yīng)、數(shù)值分析方法和彈塑性力

2、學(xué)等多學(xué)科知識，借用功能強大的巖土工程有限差分分析軟件FLAC3D，高級語言開發(fā)環(huán)境Visual Studio2008和FORTRAN90有限元計算程序，并結(jié)合四項邊坡工程實例，進(jìn)行程序二次開發(fā)來研究流變、滲流、固結(jié)、錨固和土水化學(xué)效應(yīng)等多重作用影響下的邊坡穩(wěn)定性問題。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 應(yīng)用巖土流變力學(xué)理論，基于邊坡變形特點和Mohr-Coulomb剪切、拉伸屈服準(zhǔn)則，對典型西原模型進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的流變元件

3、—加速剪切元件，建立了適應(yīng)于土質(zhì)邊坡非線性粘彈塑蠕變特性的流變模型，該模型能反映典型蠕變的三個階段。同時又根據(jù)非線性流變的特點，給出了兩種粘滯系數(shù)與時間和應(yīng)力狀態(tài)非線性關(guān)系的解析式。
　　 土體的抗剪強度指標(biāo)對邊坡的穩(wěn)定性分析有重要的影響，根據(jù)粘結(jié)力c隨時間變化的過程，提出了粘土長期強度的冪函數(shù)經(jīng)驗公式。并結(jié)合蠕變變形特點，對傳統(tǒng)的強度折減技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，推導(dǎo)出了考慮時間效應(yīng)的強度折減法，可以為流變作用下的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計算提供

4、有益補充。
　　 現(xiàn)代數(shù)值分析方法是廣大科研工作者分析邊坡穩(wěn)定性的常用方法，以基坑邊坡工程實例為背景，利用有限差分強度折減技術(shù)和特征點的位移突變來作為數(shù)值計算邊坡失穩(wěn)的判據(jù)，結(jié)合FLAC3D計算軟件的二次開發(fā)技術(shù)和VC＋＋高級程序語言，嵌入新建的蠕變模型，得出了基坑邊坡的位移等值線圖和動態(tài)監(jiān)測點的位移，其計算結(jié)果與邊坡實際監(jiān)測較吻合，具有明顯地蠕變變形特性，驗證了新建模型的可靠性。極限平衡法是工程上邊坡穩(wěn)定性分析的常用方法，以同

5、樣實例為研究對象，提出了安全系數(shù)與錨桿安設(shè)角的微分關(guān)系式。又通過該流變模型的變形特點，推導(dǎo)出了考慮流變效應(yīng)最小錨固力的計算式。
　　 對多孔介質(zhì)土體飽和非飽和滲流基本理論和流固耦合的控制方程進(jìn)行了簡要論述，給出了基于孔隙度變化的多孔介質(zhì)飽和滲流的基本微分方程和基于毛細(xì)壓力、毛細(xì)水上升高度的多孔介質(zhì)非飽和滲流的土水特征曲線和非飽和滲透系數(shù)的解析式。以鐵路路基邊坡水害為工程背景，并在此基礎(chǔ)上分析土質(zhì)邊坡的降雨滲透特性，進(jìn)行了降雨滲流

6、時的數(shù)值分析。
　　 由于邊坡的變形狀態(tài)對邊坡的穩(wěn)定性有一定的影響，根據(jù)一維Terzaghi固結(jié)理論，并結(jié)合改進(jìn)的西原流變模型得出了土體固結(jié)流變的微分控制方程，并延伸到土的抗剪強度理論，得到了固結(jié)流變效應(yīng)的有效應(yīng)力抗剪強度公式，這為后續(xù)的邊坡穩(wěn)定性受流固耦合、固結(jié)和流變作用的研究提供了理論依據(jù)。
　　 新穎地介紹了土水化學(xué)作用對土體抗剪強度的影響，在此基礎(chǔ)上以武廣高速鐵路路基工程實例作為研究背景，經(jīng)過統(tǒng)計分析得出了土體的

7、抗剪強度與陰陽離子的線性相關(guān)性分析曲線，并引入粉煤灰的適當(dāng)摻入量對增加軟弱土體強度顯著效果的分析，將為提高土體工程的穩(wěn)定性和土體強度對邊坡穩(wěn)定性的影響提供了另一種途徑。
　　 基于SEF強度發(fā)揮系數(shù)、點安全度的概念和強度折減技術(shù)，運用有限單元極限平衡法程序得出了坡體土體各點安全系數(shù)的分布圖，并計算出安全系數(shù)和確定邊坡潛在破壞區(qū)。另外，根據(jù)邊坡潛在滑體沿滑移線能量耗散的特點，新給出了極限平衡法求解安全系數(shù)的另一種定義，經(jīng)過比較分析