本文選題：邊坡工程　切入點(diǎn)：空間效應(yīng)　出處：《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2015年06期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：邊坡空間效應(yīng)是客觀存在的,廣義的空間效應(yīng)包括滑體形態(tài)效應(yīng)和坡面形態(tài)效應(yīng)2個(gè)部分,由于考慮空間效應(yīng)的三維邊坡穩(wěn)定性分析方法及最危險(xiǎn)滑面搜索技術(shù)尚不完善,對(duì)空間效應(yīng)的研究比較零散,未能進(jìn)行系統(tǒng)的研究;對(duì)于相關(guān)工程而言,忽略空間效應(yīng)并非總是偏于安全。因此,課題圍繞邊坡空間效應(yīng)問題,從案例統(tǒng)計(jì)、理論分析、試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用4個(gè)方面對(duì)其進(jìn)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(jì)分析研究了邊坡的空間效應(yīng)的構(gòu)成與顯著度。分析了522個(gè)失穩(wěn)邊坡資料,著重對(duì)比分析了滑體形態(tài)、滑體寬高比及坡面形態(tài)的分布,結(jié)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(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響比較顯著。隨機(jī)統(tǒng)計(jì)了300個(gè)失穩(wěn)邊坡的坡面形態(tài),其中凸坡148個(gè)(占49.3%),平坡112個(gè)(占37.3%),凹坡40個(gè)(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(yán)格的二維極限平衡法并拓展至三維。通過類比經(jīng)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(yīng)力,依據(jù)整個(gè)滑體的平衡條件,提出一種安全系數(shù)顯式解答的嚴(yán)格二維極限平衡法;進(jìn)而,將該方法拓展到三維,建立了滿足4個(gè)平衡方程的非嚴(yán)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(jì)算,進(jìn)而建立了考慮滑體效應(yīng)的滑帶強(qiáng)度參數(shù)的三維反演模型,彌補(bǔ)了二維反演分析確定的滑面強(qiáng)度參數(shù)偏高的不足,代表性算例驗(yàn)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(zhì)邊坡三維近似最危險(xiǎn)滑面搜索方法和編制了三維安全系數(shù)計(jì)算曲線。對(duì)于均質(zhì)邊坡,假定三維最危險(xiǎn)滑裂面為一族冪函數(shù)繞垂直于主滑面旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)曲面,通過優(yōu)化冪函數(shù)中的參數(shù)n來(lái)確定近似的三維最危險(xiǎn)滑裂面,算例驗(yàn)證了該方法的有效性和合理性,且實(shí)現(xiàn)過程也非常簡(jiǎn)便;考慮到三維安全系數(shù)求解過程復(fù)雜,為了便于快速獲得均質(zhì)邊坡的三維安全系數(shù),編制了一套三維安全系數(shù)計(jì)算曲線,并得到了已有成果的驗(yàn)證。(4)研究了滑體形態(tài)效應(yīng)的形成機(jī)制并編制了相應(yīng)的修正曲線。依托三維邊坡安全系數(shù)計(jì)算方法和近似三維最危險(xiǎn)滑面搜索技術(shù),對(duì)邊坡滑體形態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)分析,編制了滑體形態(tài)效應(yīng)修正曲線,并得到了模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算成果的驗(yàn)證。同時(shí),對(duì)影響滑體形態(tài)效應(yīng)的各項(xiàng)參數(shù)(滑面形態(tài)、長(zhǎng)高比、坡度、黏聚力和內(nèi)摩擦角)進(jìn)行了獨(dú)立分析,總結(jié)了滑體形態(tài)效應(yīng)的變化規(guī)律及影響幅度,從工程應(yīng)用的角度建議了考慮滑體形態(tài)效應(yīng)的界限標(biāo)準(zhǔn)。最后,對(duì)滑體形態(tài)效應(yīng)的形成機(jī)制進(jìn)行了深入討論,并據(jù)此對(duì)滑體形態(tài)效應(yīng)隨各參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了解釋。(5)從模型試驗(yàn)的角度研究了坡面形態(tài)效應(yīng)。采用底抬升模型試驗(yàn),研究了坡面形態(tài)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:①同一坡度下,平坡破壞時(shí)模型槽傾角高于凸坡2°~4°,但低于凹坡3°~5°。并從力學(xué)角度對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了解釋;②在主滑面上,坡面形態(tài)對(duì)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(diǎn),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(yán)格極限平衡法并探討了坡面形態(tài)效應(yīng)�；趪�(yán)格極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(yīng)。結(jié)果表明坡面形態(tài)(R/H)對(duì)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(biāo)c/(γHtanφ)和坡度β越大,坡形效應(yīng)越明顯。從工程應(yīng)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(píng)價(jià)相關(guān)工程邊坡的穩(wěn)定性。
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【作者單位】： 合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51078123)
【分類號(hào)】：TU43

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

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本文編號(hào)：1652337