边坡稳定性及路堤变形与破坏机制研究

摘要：

以边坡稳定性分析为主线,在考察边坡数值计算中涉及到的屈服与破坏准则基本特性的基础上,针对复杂情况下的边坡稳定性进行了考察,并进一步结合工程实例考察了路堤(公路边坡)的变形与破坏机制.主要研究成果和结论如下:(1)考察了边坡稳定性分析数值计算中涉及到的屈服与破坏准则的基本特性.如探讨了不同屈服与破坏准则在偏平面上的基本特征;分析了中主应力对强度参数的影响,并探讨了中主应力对抗剪强度的放大效应和区间效应;基于Lagrange函数求条件极值的方法推导了多个破坏准则的空间破坏面位置及相应的抗剪强度;对数值计算中常用的Drucker-Prager屈服与破坏准则的参数特性进行了系统的分析与归纳.(2)对极限平衡条分法考察边坡稳定性中的基本假定、安全系数的定义、计算精度及局限性进行了分析;基于极限平衡条分法,考察了边坡土体重度、边坡坡角对强度参数敏感性的影响;并针对多个算例,采用各种极限平衡条分法进行了稳定性计算,对比分析了各种极限平衡条分法的适用范围和计算精度.(3)对有限元方法分析边坡稳定性的优点及研究现状进行了总结;在对比分析多个边坡失稳判据适用性和可靠性的基础上,建议联合特征点的位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡失稳联合判据;系统考察了有限元计算中的不同破坏准则的应用、不同流动法则的选取、网格疏密不同、计算单元类型的差异和不同弹性模量和泊松比的取值等非确定因素对稳定性分析影响;通过多个算例,同时运用极限平衡条分法与强度折减有限元方法进行了对比分析,考察了有限元方法在边坡稳定性分析中的可行性与有效性.(4)基于非饱和土力学理论考察了降雨过程中坡体渗流场和边坡安全系数的发展情况,定量分析了基质吸力对边坡稳定性的影响,并探讨了上游裂隙或下游裂隙的不同位置对边坡稳定性影响;基于简化模型,考察了水位缓慢变化、水位骤降和水位陡升情况下库岸边坡的稳定性发展情况.研究结果表明,水位骤降或陡升均不利于边坡的稳定,故工程实际中无论是蓄水还是排水,都应尽量保持库水位的缓慢变化.(5)结合工程实例,系统考察了路堤(公路边坡)各施工阶段路基的竖向沉降、侧向位移、超静水压力和路堤稳定性变化等基本特性;分析了路基体内侧向位移的发展情况,确定了不同施工阶段路堤体内出现最大侧向位移的位置,为测斜管的合理布置提供依据;通过计算发现,在特定条件下固结阶段的侧向位移相对填筑阶段的侧向位移有所减小,即施工过程中侧向位移会发生"回缩"现象,验证了部分工程的实测现象：对采用土工织物加筋、土工织物与塑料排水板联合使用加固软土路基的机制进行了考察,得到了加固前、后路基多个参量的对比特性,并对实际工程断面进行了分析,计算结果与实测较吻合.

关键词：边坡工程、屈服与破坏准则、边坡稳定性、安全系数、强度折减、水位变化、侧向位移、土工织物

所属期刊栏目：26

分类号：P642.22(水文地质学与工程地质学)

资助基金：中国科学院前沿领域研究基金Q110305

在线出版日期：2007-08-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共1页

页码：1511