基于变形监测的土质边坡安全评价技术

摘要

随着我国经济的快速发展，交通等基础设施建设进程进一步加快，无论是修建公路、铁路还是水利工程都涉及到土质边坡工程问题。由于我国的地形地貌、地质条件较为复杂，地质灾害种类繁多、危害较为严重，因而工程建设中的边坡稳定问题日益受到重视。
　　本文从不同角度（按土性特征、土体的结构、边坡变形特征、边坡几何）入手对土质边坡进行了相应的分类，并对边坡的破坏类型及其运动特性、破坏机制进行了分析和总结。分析了几何因素及土体力学参数对边坡稳定性的影响，当边坡高度或角度增大时，将使边坡的安全系数降低，边坡土体的粘聚力或内摩擦角增大时，将增大边坡的安全系数。为了便于探讨，以均质土坡作为代表进行分析。通过使用FLAC3D数值模拟软件，建立均质土坡典型的模型，运用强度折减法对土坡的“初步变形-逐渐发展-最终破坏”全过程进行研究分析，得出坡体稳定性系数与全过程发展规律的变化关系，边坡变形演化过程以及边坡位移信息与安全系数间的关系。通过运用FLAC3D强度折减法求解，当坡体发生失稳破坏时，可从水平位移图中看出，在边坡内部会形成一条“分界线”，即为边坡的滑动面。
　　通过对均质土坡变形破坏特征进行分析，得出圆弧型滑动破坏为均质土坡的主要破坏形式，重要的监测布点位置应设置在坡脚稍上部位至坡顶后缘拉裂区域，因此应当尤为重点关注坡顶后缘拉裂缝区和坡脚稍上部位。边坡土体位移变化发展的全过程可以由（线形变形阶段、加速变形阶段、猛烈变形阶段）三个边坡变形失稳的阶段充分反映。
　　基于计算得到的位移数据，结合1stOpt的自动搜索功能，对其进行公式拟合，可以得出:表示“倾斜角”、“位移”以及“倾斜角、位移”分别与安全系数间非线性关系的通用表达式，最终得出了“位移信息——边坡稳定性”的评价方法体系。本文对广州增城至从化高速公路街口支线K14+380～K14+600段右侧的安全监测方法和监测结果进行了介绍，同时将本文提出的方法运用于该边坡的稳定性评价，根据实测位移数据，实时掌握边坡的稳定状态，为该路段边坡安全监测与稳定性分析提供了实践参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 边坡稳定性分析方法现状

1．2．1 定性分析方法

1．2．2 定量分析方法

1．2．3 不确定性分析方法

1．3 基于位移监测的边坡稳定性分析法的现状研究

1．4 本文的主要研究内容

第二章 土质边坡分类和变形破坏机理的研究

2．1 概述

2．2 土质边坡分类

2．2．1 按土性分类

2．2．2 按土体结构分类

2．2．3 按边坡变形特征分类

2．2．4 按边坡几何分类

2．3 土坡的变形破坏机理

2．4 本章小结

第三章 土质边坡稳定性影响分析

3．1 FLAC3D中的边坡稳定性分析

3．2 几何因素对土坡稳定性影响分析

3．2．1 边坡高度

3．2．2 边坡角度

3．2．3 坡面形态

3．3 土体力学参数对土坡的稳定性影响分析

3．4 滑动面位置的确定

3．5 关于土质边坡安全系数的敏感性分析

3．5．1 敏感性分析

3．5．2 边坡稳定安全系数敏感性分析

3．6 本章小结

第四章 均质土坡变形特征分析

4．1 引言

4．2 均质土坡破坏特征研究

4．2．1 位移云图分析

4．2．2 坡面监测点位移矢量分析

4．2．3 各监测点倾斜角分析

4．2．4 剪应变增量的发展变化

4．2．5 SLIDE验证

4．3 均质土坡位移变化规律

4．3．1 X方向位移随安全系数的变化

4．3．2 Z方向位移随安全系数的变化

4．3．3 边坡特征点的变形发展研究

4．3．4 不同位置处的位移分布

4．3．5 均质土坡空间变形特征

4．3．6 曲线拟合

4．4 本章小结

第五章 基于位移信息的边坡稳定性评判分析方法

5．1 引言

5．2 强度折减法计算边坡位移

5．2．1 土的理想弹塑性本构关系

5．2．2 有限元法计算边坡位移

5．3 基于位移信息的强度折减系数计算

5．4 本章小结

第六章 土坡基于位移信息的稳定性分析

6．1 引言

6．2 1stOpt软件简介

6．2．1 1stOpt软件特征

6．2．2 1stOpt的公式自动搜索拟合功能

6．3 公式自动搜索拟合

6．3．1 “位移—安全系数”公式拟合

6．3．2 “倾斜角—安全系数”公式拟合

6．3．3 “倾斜角、位移—安全系数”公式拟合

6．4 公式的预测验证及应用效果

6．4．1 预测验证

6．4．2 公式的应用效果

6．5 评价体系的提出及应用

6．6 实例分析

6．7 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目