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《中国地质大学(北京)》 2017年
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考虑空间效应的抗滑桩边坡稳定性上限法与数值模拟研究

张海清  
【摘要】:边坡稳定性分析目前主要采用二维方法,忽略了边坡空间效应的影响。在山区城镇和基础设施建设中,边坡规模大、地质环境复杂,三维效应显著。如何快速、可靠地评价边坡的三维稳定性并指导边坡加固设计,是相关工程中迫切需要解决的问题。本文以极限分析上限法和数值模拟方法为基本手段,通过对三维边坡进行一系列上限解推导、算例分析、实例应用、本构模型和数值模拟研究,建立了抗滑桩加固边坡的三维稳定性极限分析方法,同时实现了考虑土体强度非线性的三维数值模拟方法。本文的主要工作及成果如下:1、建立了包含坡顶倾角影响和坡趾、坡底破坏模式的抗滑桩加固边坡三维转动破坏机构,推导了外部功率与内部能量耗散方程,得到了抗滑桩边坡三维安全系数上限解答。将抗滑桩加固边坡的稳定性问题转化为非线性规划问题,给出了相应的约束条件,采用内点法优化迭代求解最小安全系数。通过一系列变参数分析研究了坡顶倾角、坡面倾角、桩间距、设桩位置和土体抗剪强度参数等对三维边坡稳定性及临界滑面几何特征的影响规律。2、提出了一种在三维破坏模式下确定埋入式抗滑桩桩顶临界埋深的方法,避开了直接确定通过桩顶的三维次级滑面的难题。分析了埋入式抗滑桩边坡的破坏特征,讨论了埋入式桩抗力功率计算方法,推导了整体滑动对应的功能平衡方程及三维安全系数上限解答。给出了确定抗滑桩桩顶临界埋深的具体流程,最终获得同时满足整体和次级滑动稳定性要求的桩顶临界埋深值。通过数值算例分析了桩顶埋深对边坡三维稳定性的影响,结合工程实例分析建议了其埋入式桩设计参数。3、实现了考虑土体强度非线性特性的三维边坡稳定性数值分析方法,研究了非线性准则下三维边坡稳定性特征。采用幂率型广义非线性强度准则描述土体强度随围压的非线性变化规律,讨论了屈服函数的选取及其在主应力空间的数值实现方法,开发了基于广义非线性强度准则的理想弹塑性本构模型。通过多个数值算例分析了非线性参数c_0/σ_t和m对三维边坡稳定性的影响规律。最后开展了抗滑桩加固填方边坡稳定性计算,并对比分析了线性与非线性准则下的边坡三维稳定性分析结果的差异。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU472

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