坡面形態(tài)和含水率對三維細(xì)砂邊坡失穩(wěn)影響的模型試驗研究.pdf

1、邊坡穩(wěn)定問題一直是巖土工程領(lǐng)域研究的熱點，普遍存在于水利水電工程、公路工程、鐵路工程、礦山工程、城市建設(shè)與改造等工程建設(shè)中。邊坡穩(wěn)定性分析逐漸從二維分析向更符合實際情況的三維分析邁進(jìn)。坡頂荷載是堆土填方、基坑工程、鐵路邊坡、公路邊坡、坡頂建設(shè)活動等穩(wěn)定性分析中不可忽略的因素。因此，準(zhǔn)確的分析和評價三維邊坡在頂部荷載下的失穩(wěn)機制和滑動特征，以滿足工程邊坡和開挖工程穩(wěn)定性分析的精確要求，是巖土工程研究中的重要課題之一。本文以細(xì)砂邊坡為研究對

2、象，采用模型試驗和數(shù)值模擬的分析方法，深入研究坡頂荷載下細(xì)砂邊坡失穩(wěn)機制和滑動特征，討論坡面幾何形態(tài)和坡體初始含水率對邊坡失穩(wěn)規(guī)律的影響。主要研究成果如下：
　　1.設(shè)計了坡頂荷載下三維邊坡失穩(wěn)模型試驗系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，借助模型系統(tǒng)對三維邊坡進(jìn)行模型試驗。
　　2.模型邊坡在坡頂荷載下觸發(fā)失穩(wěn)破壞，坡頂位移計、坡內(nèi)土壓力盒分別記錄坡頂位移和坡內(nèi)土壓力的變化。利用數(shù)碼相機和白砂層模型分別獲取邊坡外部破壞過程、形態(tài)和滑動面特征，并

3、且考慮坡面形態(tài)（平、凸、凹）和坡體初始含水率對邊坡破壞的影響，深入認(rèn)識邊坡破壞機制。
　　3.對比模型試驗結(jié)果，分析坡面形態(tài)和坡體初始含水率對邊坡破壞過程、破壞模式、破壞整體形態(tài)、滑動面特征、滑面深度、滑動范圍、破壞難易程度等的影響。試驗結(jié)果表明：
　　(1)邊坡破壞呈現(xiàn)三維特征，失穩(wěn)特性和滑動機理與坡面形態(tài)和初始含水率有關(guān)。利用白砂層測量方法，提取錯動點，建立數(shù)字高程模型，獲取滑動面的位置和立體形態(tài)，滑動面為三維曲面。

4、r>　　(2)坡面形態(tài)對滑動特性影響很大，保持模型坡的坡高、坡角、初始含水率一致，凹坡能承受最大的頂部峰值荷載，平坡次之，凸坡最小。頂部峰值荷載表示邊坡破壞的難易程度，凸坡最容易破壞。G1平坡滑面深度最大，G2凸坡次之，G3凹坡最淺，但破壞均為淺層破壞。就滑動范圍而言，G2凸坡最大，G1平坡次之，G3凹坡最小。G2凸坡滑體體積最大，G1平坡次之，G3凹坡最小。
　　(3)坡內(nèi)土壓力與加載力有很好的一致性，且隨著深度的增加，應(yīng)力增量

5、不明顯，荷載不會影響到此深度。
　　(4)初始含水率高的坡承受最大的頂部峰值荷載較含水率低的坡小，易觸發(fā)失穩(wěn)。G2比G4的最大滑面深度要深，邊坡均為淺層破壞，初始含水率高，滑動范圍更廣，滑體體積更大。
　　4.采用SVOffice巖土工程數(shù)值分析軟件，模擬邊坡的穩(wěn)定性和破壞形態(tài)，分析坡體初始含水率、坡頂荷載、坡面形態(tài)對穩(wěn)定性和破壞形態(tài)的影響。土體含水率越高，抗剪強度越低，邊坡更易觸發(fā)失穩(wěn)。坡頂荷載加重邊坡的負(fù)擔(dān)，邊坡更容易破