邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡法研究.pdf

1、邊坡二維極限平衡條分法已趨成熟，但是邊坡從變形到破壞本身就是三維問題，按二維模型分析，往往會低估了其穩(wěn)定性，并導致治理工程設計參數(shù)偏大。與二維模型相比，邊坡三維條柱間未知作用力數(shù)目急增，需要作過多假設才能使問題靜定可解。到目前為止，還沒有找到公認有效的條柱間力假設方式，也沒有任何一種條柱法被普遍接受應用。 本文在已有研究的基礎上，對三維極限平衡法做了深入的研究，開展了以下幾方面工作： (1)通過建立滑體整體沿空間任一直線

2、方向上的力平衡方程提出了一個基于整體力平衡的統(tǒng)一模型，以及通過建立滑體整體以空間任一直線為旋轉軸的力矩平衡方程提出了一個基于力矩平衡的統(tǒng)一模型，利用這個兩個三維極限平衡法的統(tǒng)一模型即可將各種已有三維極限平衡方法歸納成兩個二重積分的表達式，將原有的方法解析化，避免了條柱劃分時邊界難處理、條柱數(shù)難確定的問題，提高了計算的精度，同時也使各種方法歸于統(tǒng)一模型； (2)本課題組2003年基于二維Sarma極限平衡法建立了相應的三維Sarm

3、a極限平衡法，這里再次對該模型進行了改進，將其底滑面上的剪切力方向定為與底滑面傾向相關，使得計算結果更加符合實際情況： (3)在三維極限平衡法統(tǒng)一模型的基礎上，建立了三維邊坡參數(shù)反算和剩余下滑力的統(tǒng)一算法，并將他們推廣+到了具體的方法上，同時，在建立三維邊坡剩余下滑力計算統(tǒng)一公式時，還提出了一個新思路，也即引入一個集中力腓為計算斷面上抗滑力或下滑力的合力，將其引用到穩(wěn)定性分析統(tǒng)一模型中，在給定穩(wěn)定系數(shù)F和安全系數(shù)K的情況下，分別

4、獲得P的兩個計算值，也就是分別獲得了抗滑力和下滑力的合力值，兩者相減則獲得了剩余下滑力的合力值，通過具體情況，將該合力在滑體上進行分布，就獲得了三維情況下邊坡剩余下滑力的計算方法； (4)詳細探討了滑體中軸面上的后緣點B、剪出口A，控制圓弧半徑變量t以及滑體橫向半徑尼對三維邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算值的影響，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定系數(shù)隨著B、A、t的變化均出現(xiàn)了極值，但隨著Rb的變化則只是逐漸收斂，而沒有極值的出現(xiàn)。 分析結果表明，基于三維極限

5、平衡法確定的邊坡三維最危險潛在滑裂面在理論上是不存在的，為此，本文提出了一種以橫向半徑Rb和其對應的穩(wěn)定系數(shù)F之間關系曲線的拐點近似作為三維潛在滑裂面相應情況的思路，并將現(xiàn)代智能優(yōu)化算法應用到對其他控制變量的優(yōu)化上，取得了較好的效果； (5)對于邊坡中的滑坡問題，本文則采用空間插值和二元三次函數(shù)最小二乘法擬合的思路分別對地面和滑裂面(地層)進行擬合，獲得了穩(wěn)定性分析所需的數(shù)據(jù)，同時通過OPENGL技術實現(xiàn)了滑坡三維的可視化：