本文選題：邊坡工程　切入點：空間效應　出處：《巖石力學與工程學報》2015年06期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：邊坡空間效應是客觀存在的,廣義的空間效應包括滑體形態(tài)效應和坡面形態(tài)效應2個部分,由于考慮空間效應的三維邊坡穩(wěn)定性分析方法及最危險滑面搜索技術尚不完善,對空間效應的研究比較零散,未能進行系統(tǒng)的研究;對于相關工程而言,忽略空間效應并非總是偏于安全。因此,課題圍繞邊坡空間效應問題,從案例統(tǒng)計、理論分析、試驗研究和工程應用4個方面對其進行系統(tǒng)的研究,主要取得如下研究成果:(1)基于案例統(tǒng)計分析研究了邊坡的空間效應的構成與顯著度。分析了522個失穩(wěn)邊坡資料,著重對比分析了滑體形態(tài)、滑體寬高比及坡面形態(tài)的分布,結果表明:①其中82.4%的寬高比位于0.5~5.0范圍,平均寬高比為3.08,而寬高比大于10的僅占3.4%;②坡面形態(tài)對邊坡穩(wěn)定性的影響比較顯著。隨機統(tǒng)計了300個失穩(wěn)邊坡的坡面形態(tài),其中凸坡148個(占49.3%),平坡112個(占37.3%),凹坡40個(占13.4%),可見,凹坡穩(wěn)定性較好,平坡次之,凸坡最差。(2)提出了一種嚴格的二維極限平衡法并拓展至三維。通過類比經典土壓力理論和Spencer的條間力假定,將離散后的條柱間作用力等效成滑面正應力,依據(jù)整個滑體的平衡條件,提出一種安全系數(shù)顯式解答的嚴格二維極限平衡法;進而,將該方法拓展到三維,建立了滿足4個平衡方程的非嚴格三維極限平衡法,可適用于一般空間形態(tài)滑面的安全系數(shù)計算,進而建立了考慮滑體效應的滑帶強度參數(shù)的三維反演模型,彌補了二維反演分析確定的滑面強度參數(shù)偏高的不足,代表性算例驗證了上述方法的合理性和可靠性,且精度較高。(3)建立了均質邊坡三維近似最危險滑面搜索方法和編制了三維安全系數(shù)計算曲線。對于均質邊坡,假定三維最危險滑裂面為一族冪函數(shù)繞垂直于主滑面旋轉軸的旋轉曲面,通過優(yōu)化冪函數(shù)中的參數(shù)n來確定近似的三維最危險滑裂面,算例驗證了該方法的有效性和合理性,且實現(xiàn)過程也非常簡便;考慮到三維安全系數(shù)求解過程復雜,為了便于快速獲得均質邊坡的三維安全系數(shù),編制了一套三維安全系數(shù)計算曲線,并得到了已有成果的驗證。(4)研究了滑體形態(tài)效應的形成機制并編制了相應的修正曲線。依托三維邊坡安全系數(shù)計算方法和近似三維最危險滑面搜索技術,對邊坡滑體形態(tài)效應進行了詳細分析,編制了滑體形態(tài)效應修正曲線,并得到了模型試驗和數(shù)值計算成果的驗證。同時,對影響滑體形態(tài)效應的各項參數(shù)(滑面形態(tài)、長高比、坡度、黏聚力和內摩擦角)進行了獨立分析,總結了滑體形態(tài)效應的變化規(guī)律及影響幅度,從工程應用的角度建議了考慮滑體形態(tài)效應的界限標準。最后,對滑體形態(tài)效應的形成機制進行了深入討論,并據(jù)此對滑體形態(tài)效應隨各參數(shù)的變化規(guī)律進行了解釋。(5)從模型試驗的角度研究了坡面形態(tài)效應。采用底抬升模型試驗,研究了坡面形態(tài)對邊坡穩(wěn)定性的影響。試驗結果表明:①同一坡度下,平坡破壞時模型槽傾角高于凸坡2°~4°,但低于凹坡3°~5°。并從力學角度對這一現(xiàn)象進行了解釋;②在主滑面上,坡面形態(tài)對滑面形態(tài)及位置影響不大,基本呈現(xiàn)圓弧滑面。受端部限制程度的不同,三維形態(tài)則出現(xiàn)較大的差別;③失穩(wěn)滑體沖程呈現(xiàn)兩端小、中間大的特點,最大沖程量隨著坡度的增大而逐漸增大。(6)提出了圓形凸坡和凹坡的嚴格極限平衡法并探討了坡面形態(tài)效應�；趪栏駱O限平衡法建立了圓形凸坡和凹坡的安全系數(shù)理論解答,并據(jù)此分析了坡面形態(tài)效應。結果表明坡面形態(tài)(R/H)對安全系數(shù)有著重要的影響,其顯著程度又受到c/(γHtanφ)和坡度β所制約。不論是凸坡還是凹坡,R/H越小,影響越大,且凹坡要比凸坡更顯著;在R/H不變的情況下,量綱一化的指標c/(γHtanφ)和坡度β越大,坡形效應越明顯。從工程應用的角度,編制了不同圓形坡面形態(tài)下的邊坡安全系數(shù)速查曲線,便于定量評價相關工程邊坡的穩(wěn)定性。
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【作者單位】： 合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(51078123)
【分類號】：TU43

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1 盧坤林;基于極限平衡理論的土質邊坡空間效應研究及應用[D];合肥工業(yè)大學;2013年

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本文編號：1652337