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、邊坡中常常因為地質(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)面的存在會對邊坡的穩(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)計的。若要處理這些軟弱結(jié)構(gòu)面，所需要花費的工程費用十分龐大且難以徹底清除。因此對巖體邊坡抗滑穩(wěn)定性能的核算分析是一項重要而普遍的工程問題。
　　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、諸多的驗算方法，并且經(jīng)過實際工程的驗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程中均不能將這些因素完全考慮。現(xiàn)行巖體邊坡穩(wěn)定性分析的理論有其各自的優(yōu)缺點，時至今日仍沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和客觀準確的評價方法。因此，有必要對邊坡穩(wěn)定問題進行更深入的探討。
　　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，并對使用兩種方法計算得到的安全系數(shù)進行了對比分析。對不完全貫通軟弱夾層巖體邊坡的最終破裂面進行了搜索，試圖尋找到安全系數(shù)最小的滑裂面即最危險滑裂面。具體研究內(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力代數(shù)和相加后的比值，沒有考慮到各滑裂面間方向夾角對安全系數(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力，反之則稱其為剩余抗滑力。計算各滑裂面上所得的剩余滑動力（抗滑力）在主抗滑面方向上的平衡條件，即可求得整個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語言進行編寫，用方便、高效、快捷的計算機語言來解決復(fù)雜的計算過程，同時也為該方法的運用及推廣開闊了前景。
　　(3)使用算例對兩種方法所求得的安全系數(shù)進行對比分析，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化性。同時，最小安全系數(shù)破裂面方向有悖于工程常識現(xiàn)象。
　　(4)在實際工程中，巖體邊坡中的軟弱結(jié)構(gòu)面往往是不完全

6、貫通的。巖體最終破壞時的滑裂面走向成為本文研究的重要課題。本文通過對一個含有兩條軟弱夾層的不完全貫通巖體邊坡進行分析研究。通過改變滑裂面的初始破裂點位置和滑裂面與水平方向間的傾角，模擬計算確定邊坡的最危險破裂面，運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)進行比較分析后選定安全系數(shù)最小的滑裂面即為最危險滑裂面。
　　(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)