邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡法研究.pdf

1、邊坡二維極限平衡條分法已趨成熟，但是邊坡從變形到破壞本身就是三維問題，按二維模型分析，往往會(huì)低估了其穩(wěn)定性，并導(dǎo)致治理工程設(shè)計(jì)參數(shù)偏大。與二維模型相比，邊坡三維條柱間未知作用力數(shù)目急增，需要作過多假設(shè)才能使問題靜定可解。到目前為止，還沒有找到公認(rèn)有效的條柱間力假設(shè)方式，也沒有任何一種條柱法被普遍接受應(yīng)用。 本文在已有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)三維極限平衡法做了深入的研究，開展了以下幾方面工作： (1)通過建立滑體整體沿空間任一直線

2、方向上的力平衡方程提出了一個(gè)基于整體力平衡的統(tǒng)一模型，以及通過建立滑體整體以空間任一直線為旋轉(zhuǎn)軸的力矩平衡方程提出了一個(gè)基于力矩平衡的統(tǒng)一模型，利用這個(gè)兩個(gè)三維極限平衡法的統(tǒng)一模型即可將各種已有三維極限平衡方法歸納成兩個(gè)二重積分的表達(dá)式，將原有的方法解析化，避免了條柱劃分時(shí)邊界難處理、條柱數(shù)難確定的問題，提高了計(jì)算的精度，同時(shí)也使各種方法歸于統(tǒng)一模型； (2)本課題組2003年基于二維Sarma極限平衡法建立了相應(yīng)的三維Sarm

3、a極限平衡法，這里再次對(duì)該模型進(jìn)行了改進(jìn)，將其底滑面上的剪切力方向定為與底滑面傾向相關(guān)，使得計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際情況： (3)在三維極限平衡法統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上，建立了三維邊坡參數(shù)反算和剩余下滑力的統(tǒng)一算法，并將他們推廣+到了具體的方法上，同時(shí)，在建立三維邊坡剩余下滑力計(jì)算統(tǒng)一公式時(shí)，還提出了一個(gè)新思路，也即引入一個(gè)集中力腓為計(jì)算斷面上抗滑力或下滑力的合力，將其引用到穩(wěn)定性分析統(tǒng)一模型中，在給定穩(wěn)定系數(shù)F和安全系數(shù)K的情況下，分別

4、獲得P的兩個(gè)計(jì)算值，也就是分別獲得了抗滑力和下滑力的合力值，兩者相減則獲得了剩余下滑力的合力值，通過具體情況，將該合力在滑體上進(jìn)行分布，就獲得了三維情況下邊坡剩余下滑力的計(jì)算方法； (4)詳細(xì)探討了滑體中軸面上的后緣點(diǎn)B、剪出口A，控制圓弧半徑變量t以及滑體橫向半徑尼對(duì)三維邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值的影響，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定系數(shù)隨著B、A、t的變化均出現(xiàn)了極值，但隨著Rb的變化則只是逐漸收斂，而沒有極值的出現(xiàn)。 分析結(jié)果表明，基于三維極限

5、平衡法確定的邊坡三維最危險(xiǎn)潛在滑裂面在理論上是不存在的，為此，本文提出了一種以橫向半徑Rb和其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)F之間關(guān)系曲線的拐點(diǎn)近似作為三維潛在滑裂面相應(yīng)情況的思路，并將現(xiàn)代智能優(yōu)化算法應(yīng)用到對(duì)其他控制變量的優(yōu)化上，取得了較好的效果； (5)對(duì)于邊坡中的滑坡問題，本文則采用空間插值和二元三次函數(shù)最小二乘法擬合的思路分別對(duì)地面和滑裂面(地層)進(jìn)行擬合，獲得了穩(wěn)定性分析所需的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過OPENGL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了滑坡三維的可視化：