基于有限元應(yīng)力積分剩余推力等安全系數(shù)法的巖體邊坡穩(wěn)定分析研究.pdf

1、邊坡中常常因?yàn)榈刭|(zhì)成因和構(gòu)造影響產(chǎn)生節(jié)理、裂隙、斷層或軟弱夾層等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面的存在會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。若這些不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面相互連接，貫通巖體邊坡，將會(huì)導(dǎo)致滑坡、傾倒等重大工程事故。這些事故一旦發(fā)生，其所導(dǎo)致的后果是難以預(yù)計(jì)的。若要處理這些軟弱結(jié)構(gòu)面，所需要花費(fèi)的工程費(fèi)用十分龐大且難以徹底清除。因此對(duì)巖體邊坡抗滑穩(wěn)定性能的核算分析是一項(xiàng)重要而普遍的工程問(wèn)題。
　　邊坡抗滑穩(wěn)定性分析這一課題自提出至今研究者們創(chuàng)造了

2、諸多的驗(yàn)算方法，并且經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的驗(yàn)證形成了一套完整而成熟的理論體系。但是，由于多種因素對(duì)巖體邊坡穩(wěn)定性都有不可忽略的影響，且各原理在分析的過(guò)程中均不能將這些因素完全考慮?，F(xiàn)行巖體邊坡穩(wěn)定性分析的理論有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，時(shí)至今日仍沒(méi)有形成統(tǒng)一的規(guī)范和客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)方法。因此，有必要對(duì)邊坡穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行更深入的探討。
　　本文探討了巖體邊坡穩(wěn)定分析中的傳統(tǒng)有限元應(yīng)力代數(shù)和計(jì)算方法中存在的不足，提出了考慮滑裂面方向夾角因素的有限元應(yīng)力積分

3、剩余推力法，并對(duì)使用兩種方法計(jì)算得到的安全系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)不完全貫通軟弱夾層巖體邊坡的最終破裂面進(jìn)行了搜索，試圖尋找到安全系數(shù)最小的滑裂面即最危險(xiǎn)滑裂面。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)提出了考慮軟弱夾層夾角影響的有限元應(yīng)力積分分析計(jì)算方法的原理及求解思路，本文稱其為有限元應(yīng)力積分剩余推力等安全系數(shù)法。傳統(tǒng)有限元應(yīng)力代數(shù)和法所求得的安全系數(shù)僅僅是各滑裂面上抗滑力與滑動(dòng)力代數(shù)和相加后的比值，沒(méi)有考慮到各滑裂面間方向夾角對(duì)安全系數(shù)

4、的影響，其所得結(jié)果的下滑破壞面與工程實(shí)際破壞情況有較大偏差。本文提出的方法將充分考慮方向夾角的影響，在等安全系數(shù)的前提下，材料所發(fā)揮的粘聚力和摩擦系數(shù)為ci/k，fi/k。求出各滑裂面上的滑動(dòng)力和抗滑力，二者之差所得結(jié)果若為正值則視為該滑裂面上的剩余滑動(dòng)力，反之則稱其為剩余抗滑力。計(jì)算各滑裂面上所得的剩余滑動(dòng)力（抗滑力）在主抗滑面方向上的平衡條件，即可求得整個(gè)滑裂面上的安全系數(shù)k。
　　(2)將所提出的有限元應(yīng)力積分剩余推力等安全

5、系數(shù)法的算法用FORTRAN語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，用方便、高效、快捷的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)解決復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，同時(shí)也為該方法的運(yùn)用及推廣開(kāi)闊了前景。
　　(3)使用算例對(duì)兩種方法所求得的安全系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，闡明在加入滑裂面間夾角因素的有限元應(yīng)力積分剩余推力分析法求得的安全系數(shù)是客觀確定的，而傳統(tǒng)有限元應(yīng)力代數(shù)和法有不確定性和簡(jiǎn)化性。同時(shí)，最小安全系數(shù)破裂面方向有悖于工程常識(shí)現(xiàn)象。
　　(4)在實(shí)際工程中，巖體邊坡中的軟弱結(jié)構(gòu)面往往是不完全

6、貫通的。巖體最終破壞時(shí)的滑裂面走向成為本文研究的重要課題。本文通過(guò)對(duì)一個(gè)含有兩條軟弱夾層的不完全貫通巖體邊坡進(jìn)行分析研究。通過(guò)改變滑裂面的初始破裂點(diǎn)位置和滑裂面與水平方向間的傾角，模擬計(jì)算確定邊坡的最危險(xiǎn)破裂面，運(yùn)用本文提出的有限元剩余推力法作為求解安全系數(shù)的方法。將所求的安全系數(shù)進(jìn)行比較分析后選定安全系數(shù)最小的滑裂面即為最危險(xiǎn)滑裂面。
　　(5)加入滑裂面間夾角影響因素的有限元應(yīng)力積分剩余推力等安全系數(shù)分析法，不僅繼承了有限元應(yīng)