二元结构边坡破坏过程模型试验及其界面影响机理分析

摘要

随着人类活动的需求、工程建设的发展以及环境条件的改变，涉及岩土边坡的问题日益突出，边坡稳定和滑坡的分析研究已显得十分重要。众多专家学者已经对土质边坡和岩质边坡进行了大量且深入的研究，取得了可喜的成果，但是对实际工程中广泛存在的二元结构边坡取得的研究成果文献报道甚少。二元结构边坡和均质土边坡也没有一个有效的判定，其破坏形式受交界面影响较大，如何影响未得到有效解答。针对二元结构边坡破坏机理本论文主要开展如下工作。 本文针对实际边坡工程中典型二元结构，提取概念模型。分析了二元结构边坡的破坏特点，进行二元结构边坡与均质土边坡判定。运用强度折减法，考虑交界面的位置和坡角两个因素，以上下层粘聚力比值为参数指标，确定出二元结构边坡与均质土边坡的粘聚力比例限值，在此基础上，详细分析了二元结构边坡不同硬度情形下比例限值的影响。 交界面对二元结构边坡稳定性的影响机理急需深入分析，本文提出采用静载物理模型试验开展系列实验。选取上下土层所用相似材料，通过大量直剪试验确定出各种材料的配合比。设计五种不同形式的交界面，通过逐步增加坡顶荷载，研究二元结构边坡的破坏特征以及交界面对边坡破坏形式的影响。试验初步得出了边坡土体位移变化规律和土体位移运动轨迹与水平面夹角的变化规律。得到了不同交界面边坡破坏形式的相同点和不同点。 二元结构破坏力学行为是本文研究另一个关键点，提出采用数值模拟的手段。边坡数值试验相比物理模型试验具有自身的特点，坡体位移和应力监测方便，数据受人为因素影响较小，物理试验未对坡体应力监测，数值试验对其补充并验证。按照物理模型尺寸、边界条件及土体参数建立数值模型，对边坡土体的位移和应力进行监测，分析讨论得到了交界面倾角变化对上下层土体位移的不同影响。以交界面中点为分界点，分为坡内、坡外两部分，坡内和坡外顺时针倾斜角度越大，对下层土体垂直方向位移影响越大;坡内顺时针倾斜、坡外逆时针倾斜角度越大，对上层土体垂直方向位移影响越大。交界面的形式影响边坡的应力分布，导致边坡具有不同的破坏形式。 结合工程实际讨论了含有不同形式软弱夹层对二元结构边坡影响，软弱夹层抗剪强度影响边坡塑性区范围，不同形式的软弱夹层，软弱夹层厚度对边坡安全系数的影响不同。软弱夹层滑动面的位置与软弱夹层抗剪强度有关，与软弱夹层厚度无关，不同形式的软弱夹层，随抗剪强度变化滑动面位置变化不同。 在上述研究基础上，考虑二元边坡破坏过程，通过理论分析和数值模拟手段选择合适的加固类型和支护方式，为边坡加固优化设计提供一种新的分析思路和方法。

目录

声明

摘要

1．1问题的提出

1．2边坡稳定性国内外研究状况

1．2．1边坡稳定性研究进展评述

1．2．2边坡破坏研究现状

1．2．3二元结构边坡研究现状

1．2．4边坡分类

1．2．5力学参数对边坡破坏影响

1．3主要研究内容及技术路线

1．3．1主要研究内容

1．3．2技术路线

第2章二元结构边坡破坏相似物理模型试验

2．1试验目的及原理

2．2二元结构边坡试验模型研制

2．2．1试验装置构成

2．2．2试验装置使用方法

2．2．3试验装置特性

2．3试验方案设计

2．3．1模型相似关系及相似常数

2．3．2模型材料参数确定

2．3．3模型制作

2．4模型破坏特征分析

2．4．1交界面为顺倾模型

2．4．2交界面为逆倾模型

2．4．3交界面为水平模型

2．4．4交界面为上凸模型

2．4．5交界面为下凹模型

2．5不同交界面模型破坏对比分析

2．6本章小结

第3章二元结构边坡模型试验数值模拟

3．1 FLAC3D数值计算方法

3．2二元结构边坡破裂特征分析

3．2．1强度折减法

3．2．2粘聚力的影响

3．2．3内摩擦角的影响

3．3数值模拟与模型试验对比

3．3．1建立模型网格

3．3．2本构模型及边界条件

3．3．3试验结果对比分析

3．4交界面对边坡破坏过程位移影响分析

3．4．1模型监测点位移变化规律

3．4．2不同模型测点位移对比分析

3．5交界面对边坡破坏过程应力影响分析

3．5．1荷载作用下模型应力分布规律

3．5．2交界面对应力分布影响

3．6本章小结

第4章软弱夹层赋存影响二元结构边坡破坏模式数值模拟

4．1建立赋存软弱夹层数值模型

4．2顺倾软弱夹层稳定性影响

4．2．1顺倾软弱夹层参数稳定性影响

4．2．2顺倾软弱夹层厚度稳定性影响

4．3水平软弱夹层稳定性影响

4．3．1水平软弱夹层参数稳定性影响

4．3．2水平软弱夹层厚度稳定性影响

4．4逆倾软弱夹层稳定性影响

4．4．1逆倾软弱夹层参数稳定性影响

4．4．2逆倾软弱夹层厚度稳定性影响

4．5本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

作者简介

附录