地震作用下锚固边坡稳定性的上限极限分析

摘要

以极限分析上限定理为基础，发展了地震荷载作用下锚固边坡稳定性的极限分析上限方法。基于对数螺线破坏机构，考虑地震荷载、锚固荷载以及岩土介质的非线性破坏准则，对均质边坡的稳定性进行了上限分析。在此基础上，考虑边坡土层分布与坡面型式的复杂性，基于组合对数螺线破坏机构，引入数值积分，实现了多阶多层复杂边坡的稳定性上限分析，并拓展至地震荷载以及锚固荷载条件。具体研究内容包括四个方面:
　　(1)以均质边坡为研究对象，推导了潜在滑坡体上的外力功率与内能耗散率的解析表达式，结合强度折减技术和优化方法，得到了边坡的安全系数上限解及临界滑动面。在此基础上，考虑地震荷载作用，分别得到了边坡的安全系数与屈服加速度系数上限解，并求解了边坡的永久位移。通过典型算例对比分析，验证了本文方法的正确性，为后续研究奠定了基础。此外，对地震力偏角的分析表明，地震系数一定时，可以认为最不利方向与边坡倾向一致。
　　(2)考虑锚固荷载作用，对地震作用下的边坡稳定性进行了上限分析。参数分析表明:单排锚的最优锚固角度有随着锚固位置靠近坡趾增大的趋势，但总体保持在0°～15°范围内;锚固位置越靠近坡趾时加固效果越好，但应注意边坡的局部稳定性，防止不利的局部失稳;多排锚加固边坡时，坡面上部的锚应尽量水平设置，下部锚的锚固角度应在0°～15°范围内;水平地震荷载对锚加固边坡的稳定性影响显著，在水平地震荷载较大时，应考虑地震荷载对边坡稳定性的不利影响。
　　(3)考虑非线性Hoek-Brown破坏准则，采用“外切线法”，对锚固边坡的地震稳定性进行了上限分析。参数分析表明:Hoek-Brown参数GSI、mi与D均对边坡的稳定性有显著影响，尤其以GSI的影响最为显著，D次之，mi的影响最小;对于岩体综合质量好、外部扰动小的边坡，地震荷载对其稳定性的削弱更为显著;单排锚的最优锚固角度在0°～15°范围内，而锚的位置越靠近坡趾加固效果越好，但应考虑锚上部坡体的局部稳定性，为避免局部失稳，可采用多排锚的加固方案。
　　(4)以多阶多层复杂边坡为研究对象，使用直角坐标建模方式，推导了潜在滑坡体上的外力功率的积分表达式，引入数值积分技术，以旋转中心及滑入点坐标作为独立变量，实现了复杂边坡的稳定性上限分析。在此基础上，考虑地震荷载，对锚固作用下的复杂边坡的地震稳定性进行了上限分析。算例对比分析说明了本文方法的正确性，从而为复杂条件下的边坡稳定性分析提供了一种新思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的理论意义和应用价值

1．2 边坡稳定性上限分析研究概况

1．2．1 地震荷载作用下均质边坡的稳定性上限分析

1．2．2 加固边坡的稳定性上限分析

1．2．3 考虑非线性破坏准则的边坡稳定性上限分析

1．2．4 特殊形式边坡的稳定性上限分析

1．3 存在问题及本论文研究目标

1．3．1 存在问题

1．3．2 研究目标

1．3．3 技术路线

2 地震作用下均质边坡的稳定性上限分析

2．1 强度折减法

2．2 上限定理在均质边坡稳定性分析中的应用

2．2．1 概述

2．2．2 均质边坡的稳定性上限分析

2．2．3 计算算例

2．3 地震作用下均质边坡的安全系数

2．3．1 概述

2．3．2 地震荷载作用下的均质边坡安全系数上限解

2．3．3 计算算例

2．3．4 地震力偏角的影响

2．4 地震作用下均质边坡的永久位移

2．4．1 概述

2．4．2 屈服加速度系数

2．4．3 永久位移

2．4．4 计算算例

2．5 小结

3 锚固作用下边坡的地震稳定性上限分析

3．1 概述

3．2 锚固作用下边坡的稳定性上限分析

3．2．1 锚加固作用下的虚功率方程

3．2．2 计算算例

3．2．3 参数分析

3．3 锚固边坡的地震稳定性上限分析

3．3．1 考虑地震作用的锚加固作用下的虚功率方程

3．3．2 计算算例

3．3．3 参数分析

3．4 小结

4 非线性破坏准则下锚固边坡的地震稳定性上限分析

4．1 概述

4．2 非线性破坏准则在极限分析中的应用

4．2．1 Hoek-Brown破坏准则

4．2．2 非线性H-B准则的“外切线法”

4．2．3 非线性H-B准则下的均质边坡稳定性上限分析

4．2．4 计算算例

4．2．5 两种求解思路的结果对比

4．2．6 参数分析

4．3 非线性H-B准则下锚固边坡地震稳定性上限分析

4．3．1 虚功率方程

4．3．2 计算算例

4．3．3 参数分析

4．4 小结

5 锚固作用下复杂边坡的地震稳定性上限分析

5．1 概述

5．2 多阶多层复杂边坡的稳定性上限分析

5．2．1 边坡模型

5．2．2 坐标转换

5．2．3 破坏机构

5．2．4 数值积分

5．2．5 外力功率

5．2．6 内能耗散率

5．2．7 虚功率方程与安全系数

5．2．8 计算算例

5．2．9 实例分析

5．3 地震作用下多阶多层复杂边坡的稳定性上限分析

5．3．1 重力与地震荷载共同作用下的外力功率

5．3．2 安全系数

5．3．3 屈服加速度系数

5．3．4 永久位移

5．3．5 计算算例

5．4 锚固作用下复杂边坡的地震稳定性上限分析

5．4．1 外力功率

5．4．2 虚功率方程

5．4．3 计算算例

5．4．4 实例分析

5．5 小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研工作情况

致谢