基于實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析研究.pdf

1、鑒于目前工程中的邊坡穩(wěn)定性分析存在的兩大問(wèn)題：其一，過(guò)分專注于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算，忽視邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理的探討；其二，邊坡設(shè)計(jì)階段的穩(wěn)定性分析與建造階段的穩(wěn)定性控制脫離，本文系統(tǒng)研究了實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性分析。 有限元法模擬分析不同方式建成邊坡的應(yīng)力、應(yīng)變(變形)等物理量分布發(fā)現(xiàn)，邊坡的穩(wěn)定性受其形成過(guò)程的應(yīng)力(應(yīng)變)歷史的影響，而常用的極限平衡條分法難以對(duì)此進(jìn)行有效分析。雖然，有限元強(qiáng)度折減法可彌補(bǔ)極限平衡條分法的若干

2、缺點(diǎn)(如僅考慮滑動(dòng)體條塊平衡；引入條間力假定造成受力分析準(zhǔn)確性不高等)，但該方法仍僅對(duì)假定的極限平衡狀態(tài)的邊坡進(jìn)行受力分析求出安全系數(shù)而已。 由于目前常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法存在上述缺點(diǎn)，本文研究可分析實(shí)際受力條件下邊坡穩(wěn)定性的有限元法，將該方法推廣到有效應(yīng)力法分析，使之可考慮外力變化(如外荷載、填筑或開挖等)引起的邊坡應(yīng)力和孔隙水壓力的改變對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響。土工參數(shù)分析說(shuō)明，理想彈塑性有限元分析所得的實(shí)際受力條件下的邊坡

3、應(yīng)力場(chǎng)分布和量值，并不受邊坡材料的揚(yáng)氏模量取值的影響；泊松比的取值大小雖然在一定程度上影響理想彈塑性有限元分析所得的邊坡應(yīng)力場(chǎng)分布，但對(duì)有限元實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)法的穩(wěn)定性分析結(jié)果影響不大。此外，本文對(duì)有限元實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)法作了一定改進(jìn)工作，提高了該方法的計(jì)算效率。 本文改進(jìn)了可搜索邊坡臨界滑動(dòng)面的蒙特卡洛法，去除了若干個(gè)搜索效果較差的搜索方向，大大提高了搜索效率。在上述研究的基礎(chǔ)上，本文將一種新的優(yōu)化方法——粒子群優(yōu)化算法——引入到邊坡

4、穩(wěn)定性分析，建立了一套完整的臨界滑動(dòng)面搜索算法。通過(guò)多個(gè)數(shù)值算例和富陽(yáng)來(lái)龍山工程實(shí)例分析，說(shuō)明了粒子群優(yōu)化搜索法可方便地與有限元實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)法或極限平衡條分法相結(jié)合，有效搜索邊坡的臨界滑動(dòng)面。 在對(duì)邊坡安全系數(shù)定義討論的基礎(chǔ)上，本文基于滑動(dòng)面土體在運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)下所做“內(nèi)力虛功”定義了邊坡的“動(dòng)態(tài)”安全系數(shù)，彌補(bǔ)了有限元實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)法安全系數(shù)定義在特定條件下(滑動(dòng)面非直線非圓弧)物理意義不明確的缺陷。結(jié)合上述安全系數(shù)定義，本文提出一種

5、新的邊坡穩(wěn)定性分析方法——有限元運(yùn)動(dòng)場(chǎng)法，該方法可考慮一定運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)下邊坡的穩(wěn)定性，克服了有限元強(qiáng)度折減法與傳統(tǒng)極限平衡法僅可分析極限平衡狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性的缺點(diǎn)，從而可分析抗剪強(qiáng)度應(yīng)變相關(guān)性土(如應(yīng)變軟化土)邊坡的穩(wěn)定性。 與可考慮抗剪強(qiáng)度應(yīng)變軟化的模型相結(jié)合，本文采用有限元運(yùn)動(dòng)場(chǎng)法分析了應(yīng)變軟化土邊坡的穩(wěn)定性，得到關(guān)于滑動(dòng)體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的安全系數(shù)動(dòng)態(tài)曲線，彌補(bǔ)了極限平衡法或有限元強(qiáng)度折減法僅可給出峰值強(qiáng)度參數(shù)或殘余強(qiáng)度參數(shù)對(duì)應(yīng)安全系

6、數(shù)的缺陷。對(duì)于應(yīng)變軟化土邊坡，安全系數(shù)動(dòng)態(tài)曲線存在一峰值，其數(shù)值一般小于常規(guī)方法(極限平衡條分法與有限元強(qiáng)度折減法)峰值強(qiáng)度參數(shù)對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)，并且相應(yīng)狀態(tài)時(shí)滑動(dòng)面上點(diǎn)并非均處于抗剪強(qiáng)度峰值狀態(tài)。本文提出了以有限元運(yùn)動(dòng)場(chǎng)分析所得的安全系數(shù)動(dòng)態(tài)曲線峰值作為應(yīng)變軟化土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。進(jìn)一步，采用有限元運(yùn)動(dòng)場(chǎng)法模擬了應(yīng)變軟化土邊坡滑動(dòng)面點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)隨運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的變化過(guò)程，解釋了應(yīng)變軟化土邊坡的漸進(jìn)累積破壞過(guò)程。 本文將有限元實(shí)際應(yīng)力