基于坡向加速度法的边坡稳定分析及应用研究

摘要

边坡不仅是一种地质环境，更是人们工程开发和建造的重要部分，而我国每年都饱受滑坡危害的困扰，由边坡的失稳、滑塌等所造成的直接经济损失达到了约200亿元人民币。准确的对一个边坡稳定性进行评价，根据其可能产生的灾害大小，采取必要的治理措施，是预防滑坡事故发生，确保人民财产安全和工程安全的重要手段。因此，本文提出了一种分析边坡稳定的新方法——坡向加速度法，并对其精确性、合理性、适用性进行了系统的研究。本文的主要研究内容及研究成果如下： 第一，回顾了常用的边坡稳定分析方法，对各方法的基本原理进行阐述，同时重点对数值模拟中常用的广义Mises准则与莫尔—库伦屈服准则进行了总结，针对罗德角的不同取值，推导了Drunker-Prager系列准则所对应的参数表达式。 第二，在总结边坡稳定分析中常用方法优缺点的基础上，提出了坡向加速度法。采用坡向加速度法这一新方法，从均质土边坡入手，对安全系数和塑性区的计算结果与极限平衡法和有限元强度折减法进行比较，以极限平衡法中的Morgenstern-Price法为准，对安全系数进行误差分析，从而确定出本文方法计算的精确性；采用灰色关联分析法，对土体重度、土体强度、弹模和泊松比等影响安全系数的因素进行敏感性分析；进一步地，对非均质边坡、三维边坡以及抗滑桩加固边坡进行分析，将本文方法的应用范围进行拓宽，研究其在边坡稳定性分析中的适用性。 第三，以四川省雅安市某水库边坡具体工程为例，采用坡向加速度法对其边坡进行稳定性分析，同时对边坡加固的效果进行了研究。 研究表明： 第一，与极限平衡法相比，坡向加速度法能够真实地反映边坡破坏的机理，原理简单，物理意义明确，能够体现出边坡破坏的动态过程，适用范围更广，更符合边坡的实际破坏行为。 第二，本文提出的坡向加速度法是通过增量加载的方式，对边坡施加一沿坡向的加速度使边坡处于极限状态的，土体依然保持原有强度不变，从而避免了折减系数选择失真的问题，符合工程实际滑坡机理；能够适用于缓坡至陡坡的大坡角范围，克服了重度加大法的不足；能够适用于非均质边坡的稳定性分析，克服了坡向离心法的缺点。同时，计算结果与极限平衡法中的Morgenstern—Price法结果保持在5%以内的误差，能够满足工程的要求。 第三，对坡向加速度法进行参数敏感性分析，得出各因素对安全系数的影响大小为：黏聚力＞内摩擦角＞坡角＞土体重度，由此可以看出黏聚力和内摩擦角对安全系数影响是最大的，弹性模量与泊松比则没有影响，这与一般规律相符合；采用DP系列准则的分析可以看出，DP2与DP5准则的计算结果较为合理；三维边坡稳定性分析表明，坡向加速度法的计算结果与强度折减法结果相近，其在三维边坡中仍然具有适用性。 第四，在四川省雅安市某水库左岸边坡的加固工程中，利用坡向加速度法对其安全性进行分析，得出其正常情况下的安全系数为1.236，固需要对其进行加固。继续使用坡向加速度法，研究了削坡减荷、锚杆加固和抗滑桩加固三种方法的加固效果，通过对比分析，推荐使用锚杆加固方案。

目录

论文说明

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 边坡稳定性分析方法研究现状

1.2.1 极限平衡法研究现状

1.2.2 数值分析方法研究现状

1.3 问题的提出

1.4.1 研究思路

1.4.2 研究内容

第二章 边坡稳定分析方法与土体屈服准则

2.1 定性分析法

2.2 极限平衡法

2.2.1 瑞典圆弧法

2.2.2 Bishop法

2.2.3 Morgenstern—Price法与Spencer法

2.2.4 Sarma法

2.2.5 Janbu法

2.2.6 传递系数法

2.3 数值分析法

2.3.1 有限元强度折减法

2.3.2 重度加大法

2.3.3 坡向离心法

2.3.4 基于加速度对安全系数的计算

2.3.5 坡向加速度法

2.4 屈服准则

2.4.1 广义Mises准则（Drunker-Prager准则）

2.4.2 莫尔—库伦准则

2.4.3 莫尔—库伦准则的几种特殊情况

2.5 算例分析

2.6 本章小结

第三章 坡向加速度法在边坡稳定分析中的研究

3.1 坡向加速度法在均质土坡中的应用

3.1.1 边坡的失稳判据

3.1.2 均质边坡大坡角范围稳定计算

3.1.3 参数敏感性灰色关联分析

3.1.4 DP系列准则在坡向加速度法中的探讨

3.1.5 坡向加速度法在多级边坡中的使用

3.2 坡向加速度法在非均质土坡中的应用

3.3 坡向加速度法在三维边坡中的稳定分析

3.3.1 三维均质土坡稳定性分析

3.3.2 抗滑桩加固边坡分析

3.4 本章小结

第四章 某水库岸坡稳定性及加固分析

4.1.1 气候水文

4.1.2 地形地貌

4.1.3 地层岩性

4.1.4 地质构造

4.1.5 工程地质条件

4.2 左岸边坡稳定性分析

4.3 左岸边坡加固方案研究

4.3.1 削坡减荷方案

4.3.2 锚杆加固方案

4.3.3 抗滑桩加固方案

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

个人简历