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《中南大学》 2011年
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不同形状边坡稳定性研究及其工程应用

杨金林  
【摘要】:随着大规模工程建设的开展,在工程建设领域出现了越来越多的工程边坡,这些边坡又往往制约工程是否经济合理乃至成败的重要因素。滑坡、崩塌等常见的边坡失稳形式,均受到边坡形状因子的影响,诸如坡度、坡长、坡高、表面形态等,其中最重要的因素是边坡形状。因此,研究边坡形状对其稳定性的影响是一项具有理论研究价值和实际工程应用价值的重大课题。 本文在回顾和总结国内外边坡研究现状的基础上,采用理论分析、数值模拟相结合的手段,对不同形状因子的边坡稳定性问题进行了研究,并将研究结果应用到实际工程中。本文的主要研究成果如下: 1、运用弹性力学对圆形和椭圆形边坡进行了空间力学分析,推导出两种形状边坡的临界滑动角,岩石容重,岩石的环向弹性模量,开挖半径及摩擦系数之间的关系,结果表明临界滑动角与开挖深度成正比关系;另外,基于弹性力学基本理论,推导出了深凹边坡最佳形状和最佳边坡角的数学公式。 2、首次提出利用轴比λ(λ=α/b,α椭圆短轴、b椭圆长轴)定义边坡的形状,当λ=0时,坡面形状为平面型:当λ=1/5,1/4,1/3,1/2时,坡面形状为椭圆型。当λ=1/1时,坡面形状为圆型。 3、当λ=0时,即边坡坡面为直线型时,利用数值模拟分析软件研究得出以下几点结论: ①当边坡形状,容重、尺寸一定时,滑移面的的位置仅仅依赖于λcφ(无量纲参数:λcφ=c'/γH0tanφ'),而与其他参数没有关系,滑移面随着λcφ的增大而加深;②当λcφ为一定值时,破坏面的最大深度D的增加与坡高H0成正比例关系。而D/H0数值的大小与H0无关。λcφ与D/H0的之间的数量关系可以通过数学理论的推导得出,D/H0也是一个无量纲的参数;③当λcφ一定时,内摩擦角φ'的大小在边坡安全系数F=1.0是不随着高度H0变化的;④h不变时,安全系数F随边坡角α的增大而呈现递减规律;α不变时,安全系数F、坡高h的关系与安全系数F、边坡角α关系相似。 4、当λ=1/5、1/4、1/3、1/2、1/1时,即边坡坡面为凹型时(包括圆型和椭圆型坡面),利用3DEC分析边坡形状、边坡角α、边坡高度h与边坡安全系数(F)之间的关系。结果表明:①当h不变时,安全系数F随着轴比λ的增大呈现先增大后减小的规律,且当轴比λ=1/3时,安全系数F最大;②当轴比λ不变时,安全系数F随着边坡角α的增大而减小,这和坡面为直线型的边坡呈现的规律一样;③当边坡角α不变时,安全系数F随着坡高h的增大而减小。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU43

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