一种新的边坡应力及应变计算方法

摘要

边坡稳定性研究一直是个备受科研工作者关注的重点研究课题。边坡研究的进展主要依赖于岩土力学的发展。边坡失稳不仅会摧毁工程本身，也会给人们的生命财产带来直接或间接危害。滑坡是一种地质现象，表现为地质结构的时空演化过程，同时也是一种力学现象，表现为岩土体的变形、破坏、失稳及运动。在边坡失稳破坏过程中，力的分布和稳定性分析是值得研究的。传统的边坡应力--应变分析大多采用有限元数值分析方法，然而这些数值方法计算所得应力是一个点的应力，即以点代面（对于二维）或以点代体（对于三维），单元的尺寸大小不同对计算结果具有影响，此外，对于非线性问题则以初应力（或初应变）方法加以逼近计算，因而收敛标准不同，计算结果不同；对于某些简单的材料应力问题，通过量纲分析等获得了理论解。针对传统数值计算方法在边坡稳定性分析中存在的不足，为解决上述问题，本文具体研究工作如下： （1）回顾总结了国内外科研工作者对滑坡应力分布和稳定性分析研究的现状，指出了传统方法的不足之处及发展趋势。 （2）本文在传统应力计算的基础上，提出了一种广泛适用于求解材料应力理论解的方法，此计算方法是在假设材料应力满足微平衡方程及应力边界条件的情况下，可以较准确的求解出材料的应力分布。并以边坡和悬臂梁为实例，获得了边坡和悬臂梁在不同边界条件下的应力理论解。 （3）引入新的剪应力---应变本构模型，并对剪应力---应变本构模型基本方程、参数决定方法、临界应力---应变准则进行了详尽的介绍。介绍了岩土体破坏后区的特征，模型可以描述岩土体的行为特征，并对虚内键模型、弹簧模型和离散单元法等具有借鉴作用。 （4）建立基于新的剪应力---应变本构模型的边坡整体稳定性评价方法，将其结果与传统理想弹塑性模型结果加以对比，可知新的剪应力---应变本构模型考虑了岩土体材料的软化特性，当应力超过峰值应力时随着应变增加应力是减小的，这符合一般岩土体材料的力学特性。本文介绍了传统稳定性系数的计算方法，另外还定义了4种新的稳定性系数，并给出了计算方法。分别是：综合下滑力—抗滑力法（CSRM）、主推力法（MTM）、综合位移法（CDM）和富余位移法（SDM）。 （5）分别用传统的滑坡稳定性计算方法和一种基于边界和平衡条件边坡应力理论解稳定性计算方法，再结合新的剪应力---应变本构模型对王家岭滑坡进行稳定性分析，通过对两种方法的对比分析可知基于边界和平衡条件边坡应力理论解也适用于滑坡稳定性计算，并且更贴近与实际工程。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究目的和意义

1.2国内外研究现状及发展动态分析

1.2.1边坡研究中的力学方法及试验研究现状分析

1.2.2边坡失稳机理研究现状分析

1.3本文主要研究内容和方法

第2章基于力边界和平衡条件的应力理论解求解法

2.1应力理论解基本思想

2.2求解悬臂梁应力理论解

2.2.1传统求解方法

2.2.2新求解方法

2.3边坡滑面力的分布特征

2.4边坡变形破坏特征

第3章新的剪应力---应变本构模型

3.1岩土体力学特性划分

3.2模型基本方程

3.3模型参数决定方法

3.4剪应力---应变本构模型的实用性

第4章滑坡稳定系数定义及稳定性计算方法

4.1稳定系数定义方法

4.1.1传统稳定系数定义方法

4.1.2 综合下滑力—抗滑力法（CSRM）

4.1.3主推力法（MTM）

4.1.4综合位移法（CDM）

4.1.5富余位移法（SDM）

4.2稳定性计算方法

4.2.1新条分法简介

4.2.2理想弹塑性模型临界状态条块决定及沿滑面位移决定

4.2.3新本构模型临界状态条块决定及沿滑面位移决定

第5章 连续介质边坡应力理论解求解及讨论分析

5.1建立计算模型

5.2理论推导

5.2.1边界条件及应力表达式

5.2.2在AB边界应力关系

5.2.3在AE边界应力关系

5.2.4在BC边界应力关系

5.2.5四边形CDEG求解

5.3代入数据分析讨论

第6章工程应用

6.1地质概况

6.1.1地形地貌特征

6.1.2地质构造及水文地质

6.1.3滑坡产出地斜坡特征

6.1.4滑坡物质组成及构造

6.2 应力理论解计算过程

6.2.1建立二维计算模型

6.2.2确定潜在滑动面

6.3 理论计算结果分析

6.3.1传统稳定系数

6.3.2新定义稳定系数

6.4 有限元模拟分析

6.4.1 MIDAS GTS NS简介

6.4.2 有限元计算结果

6.5 稳定性分析

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢