淺論基于線性與非線性破壞準(zhǔn)則的邊坡強(qiáng)度折減法研究

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1、中南大學(xué)博士學(xué)位論文基于線性與非線性破壞準(zhǔn)則的邊坡強(qiáng)度折減法研究姓名：林杭申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：曹平20090601博士學(xué)位論文摘要穩(wěn)定性分析是邊坡工程最基本最重要的問題，也是邊坡設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析成為新的趨勢(shì)；與傳統(tǒng)的極限平衡法相比，強(qiáng)度折減法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，計(jì)算時(shí)不需任何假定，能自動(dòng)地求得任意形狀的臨界滑動(dòng)面及相應(yīng)的最小安全系數(shù)，同時(shí)還可反映坡體失穩(wěn)及塑性區(qū)的開展過程，使分析研

2、究的理論基礎(chǔ)更為嚴(yán)密。目前，強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡安全系數(shù)方面的研究，雖然取得了不少成果，但還遠(yuǎn)未達(dá)到完善的程度。本文針對(duì)目前強(qiáng)度折減法的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)討論了強(qiáng)度折減法安全系數(shù)的定義，推導(dǎo)了其與極限平衡法安全系數(shù)定義的關(guān)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(jié)力c和內(nèi)摩擦角≯對(duì)于穩(wěn)定性的影響程度，從巖土體微觀抗剪機(jī)理闡述了邊坡穩(wěn)定性的影響因素；提出了等效影響角Oe的概念；當(dāng)坡角∥=0時(shí)，c和矽對(duì)穩(wěn)定性的影響程度相同；當(dāng)坡角∥<時(shí)，eoe摩擦角矽發(fā)揮的作用大于粘結(jié)力c發(fā)揮的作用

3、；當(dāng)∥>o時(shí)，對(duì)穩(wěn)定性的影響eC程度大于矽；該等效影響角適用于所有均質(zhì)邊坡，具有普遍性，其值為o=．10；e34(3)對(duì)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(duì)邊坡進(jìn)行彈塑性穩(wěn)定分析，將三種判據(jù)得到的安全系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，探討各個(gè)判據(jù)的合理性及實(shí)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(shí)需人為進(jìn)行觀察，“自動(dòng)化”程度不高；計(jì)算不收斂判據(jù)原理簡單，得到的安全系數(shù)與位移突變判據(jù)的結(jié)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(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)方式，在邊坡面和內(nèi)部布設(shè)若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)

4、進(jìn)行對(duì)比分析，并采用曲線方程對(duì)位移～折減系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到：a、雙曲線方程萬=(6+cK)／(1+aK)的擬合效果較好；擬合結(jié)果能夠得到邊坡的安全系數(shù)；b、監(jiān)測(cè)點(diǎn)須在臨界滑移線以內(nèi)選?。辉谖粗凭€位置的情況下，選取坡腳作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)是不合適的；同一點(diǎn)在不同位移方式下，得到的安全系數(shù)相等；(5)采用邊坡的位移等值線對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行判斷，并利用自編FISH程序?qū)⒃撉€和邊坡線數(shù)據(jù)取出，從而量化滑動(dòng)面上各點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)了滑動(dòng)面直接確定方法；設(shè)置不同彈性區(qū)高度，得到多滑動(dòng)面的確定方法；(6)分析影響因素粘結(jié)力，內(nèi)摩擦角，抗拉強(qiáng)度，剪

5、脹角和彈性模量對(duì)邊坡安全系數(shù)和滑動(dòng)面的影響，得到：內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力對(duì)安全系數(shù)和滑動(dòng)面位置博士學(xué)位論文摘要的影響最大；定義了新的參數(shù)乞=％I(yhtan屯)，統(tǒng)一了滑動(dòng)面隨粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角的變化趨勢(shì)；安全系數(shù)隨著抗拉強(qiáng)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(duì)安全系數(shù)的影響，完善了以往穩(wěn)定性分析對(duì)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(yīng)，討論了強(qiáng)度折減法在考慮錨桿加固情況下的實(shí)施過程以及錨桿參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響，得到一些新的見解對(duì)科學(xué)研究和工程應(yīng)用都有一定參考價(jià)值；(

6、8)為了在Hoek．Brown準(zhǔn)則中實(shí)施強(qiáng)度折減法，并使其得到的結(jié)果與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則中強(qiáng)度折減法得到的結(jié)果等效，通過理論推導(dǎo)得到Hoek．Brown準(zhǔn)則與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則參數(shù)之間的關(guān)系；采用等效粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，計(jì)算邊坡的安全系數(shù)，從而間接得到Hoek—Brown準(zhǔn)則下邊坡的安全系數(shù)，該方法方便可行，具有實(shí)用價(jià)值；(9)將強(qiáng)度折減法與描述層狀巖體的Ubiquitous．Joint準(zhǔn)則相結(jié)合，通過數(shù)值計(jì)算，分析了層狀巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素，擴(kuò)展了強(qiáng)度折減法的應(yīng)用范圍；(10)進(jìn)一步探討Hoek．Br

7、own準(zhǔn)則強(qiáng)度折減法在三維邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)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(jì)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(yīng)，為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)；(11)采用FLAC3D對(duì)層狀邊坡的破壞模式進(jìn)行模擬，利用低強(qiáng)度彈塑性單元模擬軟弱結(jié)構(gòu)面的變形；通過數(shù)值分析得到的結(jié)果與試驗(yàn)相符，推廣了FLAC3D強(qiáng)度折減法在工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：強(qiáng)度折減法；邊坡穩(wěn)定性；安全系數(shù)：滑動(dòng)面：線性；非線性；失穩(wěn)判據(jù)；等效影響角玎博士學(xué)位論文ABSTRACT

8、ABSTRACTSlopestabilityanalysisisthemostbasicandimportantstageinslopeengineering，whichisalsothemostdifficultandemergentproblemneedtobesolved．Inthe