基于有限元強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、在高速公路、鐵路、路堤以及土壩等土木和水利工程項(xiàng)目中,土質(zhì)邊坡廣泛存在,受坡前水位變化和降雨等復(fù)雜因素的影響會(huì)經(jīng)常發(fā)生滑坡現(xiàn)象。為了確保工程的安全性,必然會(huì)涉及到非穩(wěn)定飽和-非飽和滲流作用下的邊坡穩(wěn)定分析問(wèn)題。該問(wèn)題所涉及的影響因素比較復(fù)雜,從已有文獻(xiàn)來(lái)看,采用有限元強(qiáng)度折減方法分析這方面的研究工作開展的還不多,而且強(qiáng)度折減法存在著有待進(jìn)一步研究和討論的問(wèn)題。圍繞上述問(wèn)題本文進(jìn)行了比較系統(tǒng)而且深入的研究,主要研究?jī)?nèi)容和所取得的研究成果如

2、下:
　　(1)討論了網(wǎng)格尺寸、單元類型及階次對(duì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的影響;針對(duì)常見(jiàn)的四種失穩(wěn)判據(jù),進(jìn)行了單元類型和網(wǎng)格尺寸的適宜性分析;分別研究了屈服準(zhǔn)則、內(nèi)摩擦角和黏聚力、坡高和坡比對(duì)安全系數(shù)和臨界滑動(dòng)面位置的影響;并將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用于各種復(fù)雜邊坡的穩(wěn)定分析中。
　　(2)在水位升降過(guò)程中,位于水位變化影響范圍內(nèi)的土體呈現(xiàn)出飽和-非飽和特征。通過(guò)建立非飽和非穩(wěn)定滲流模型分析研究了滲透系數(shù)、水位降落速度和降落幅度對(duì)邊坡

3、滲流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明,水位降落易形成對(duì)邊坡穩(wěn)定不利的逆向滲流;滲透系數(shù)、水位降落速度和降落幅度對(duì)滲流溢出點(diǎn)的位置、溢出點(diǎn)滲透坡降有著不同程度的影響。
　　(3)基于有限元強(qiáng)度折減方法,首先分析了水位驟降和緩降兩種極端降水模式下的邊坡穩(wěn)定性及二者的差異性。結(jié)果表明,水位驟降情況下,安全系數(shù)隨水位降落先陡降后緩降并趨于平穩(wěn);而緩降情況下,后期安全系數(shù)有小幅增大;驟降安全系數(shù)下降率幾乎為緩降的2倍,驟降降幅L/H=0.6~0.8時(shí)發(fā)生

4、失穩(wěn)破壞的危險(xiǎn)性最大。進(jìn)而,對(duì)非穩(wěn)定滲流條件下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析,依次討論了滲透系數(shù)、水位降速和水位降幅對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響程度。結(jié)果表明,坡前水位降落引起的非穩(wěn)定滲流是介于驟降和緩降二者間的滲流模式,其穩(wěn)定性受滲透系數(shù)、水位降速和降幅的共同影響。在此基礎(chǔ)上對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行分類整合和無(wú)量綱化處理,提出適用于簡(jiǎn)單均質(zhì)土質(zhì)的穩(wěn)定性圖表,并結(jié)合算例進(jìn)行驗(yàn)證和說(shuō)明,為工程邊坡的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析提供參考。
　　(4)結(jié)合泄灘滑坡

5、工程實(shí)例,采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)水庫(kù)蓄水過(guò)程中滑坡體的水力學(xué)和變形響應(yīng)以及滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明,隨著坡外水位的上升,滑坡的變形矢量和滑帶屈服區(qū)由滑坡體的前緣向中、后部發(fā)展,滑帶的后緣基本上沒(méi)有產(chǎn)生塑性變形,且主要變形發(fā)生局限在2＃平臺(tái)以下。當(dāng)水位在85~105m和150~175m之間變化時(shí),位于滑帶的土體抗剪強(qiáng)度和有效應(yīng)力降低,導(dǎo)致滑坡體的安全系數(shù)呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì),降幅分別為1.82％和1.71％。在不同庫(kù)水位作用下