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土质边坡稳定性分析的离心模型试验研究

王元勋  
【摘要】:边坡问题是一个非常复杂的问题,它涉及到道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域,因此,边坡稳定性研究一直是岩土工程界中一个重要研究内容。 对于土建施工时形成的边坡,如果边坡过陡,很容易发生塌方或滑坡;如果边坡过缓,就会增加土方填挖量,或超出建筑界限影响临近建筑物的使用和安全。于是工程实践中常常会遇到两类问题:一是如何确定边坡的合理断面(边坡坡角、坡高)问题,即边坡的稳定性问题;二是如何减小土石方填挖等工程量问题,即效益问题。这两者并不是相互矛盾的,而是相辅相成的,在实践中完全可以做到以较小的工程费用修建高质量的边坡工程。相反,在实际的工程建设中,以巨大的人力物力修建的重点工程却出现一系列不稳定现象,有些甚至工程还未完成,或者完成不久就出现各种险情,随后又不得不采取各种工程加固措施。这种情况在我国以及国外屡有发生,不仅造成财力浪费,危及行车安全,而且严重时形成“工程—灾害—工程“的恶性循环。因此,本文从室内土工离心模型试验和数值模拟两方面入手,针对土质单面坡的稳定性问题作了如下工作: (1)在客观分析总结目前国内外边坡稳定性分析方法的基础上,对国内外边坡研究现状进行了简介,对各种边坡稳定性分析方法进行了总结、对比,并对其发展趋势进行了评述。 (2)对本次试验的各个模型,用GEO-SLOPE International Ltd.出品的土工商用软件GEO—SLOPE进行了极限平衡分析,以及单因素影响分析,得出了一些边坡稳定安全系数、滑动面位置与土体强度参数、地下水位的大致关系。 (3)介绍了土工离心模型试验的基本原理及存在的一些问题,并在直剪试验、击实试验等室内土工试验及六组离心模型试验的基础上,分析了在不同含水率、坡度的情况下土质单面坡的破坏情况,给出了各个模型的安全系数、位移等值线和位移向量图。 (4)针对离心模型试验,采用大型有限元软件ANSYS7.0,用有限元强度折减系数法分析了边坡模型的应力应变分布情况、最危险滑面位置、塑性区分布情况,以及安全系数大小,并得出了一些有益的结论。


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