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边坡稳定性分析的数值解研究

谢支钢  
【摘要】: 鄂西北地区山高谷深,加上近期新构造运动活跃,导致地质灾害频繁。据文献记载,1985年6月发生的新滩滑坡给国家造成直接经济损失达8700万元以上,1980年6月盐池河磷矿岩崩,致285人丧生。2001年5月1日武隆县城巷口镇发生滑坡地质灾害,一座9层居民楼被摧毁掩埋,造成79人死亡。近二十年来,随着高等级公路和大型水电站事业的迅速发展,不可避免地对边坡地形地貌产生破坏,给边坡稳定性造成潜在威胁,有的甚至产生滑坡,从而给工程安全性带来了严重影响,制约了工程进度,增加了工程投资,同时也可能造成重大的人身安全和财产损失。因此,研究边坡的稳定性,对如何预防滑坡的发生,具有重要的现实意义。 论文介绍了恩施州318国道南里渡滑坡的总体情况,针对该滑坡体开展稳定性研究。 根据瑞典圆弧法的基本概念和基本假定,在极限平衡状态下,推导了两直线段均质斜坡稳定性安全系数函数表达式,然后根据极限分析理论的极小值原理,利用遗传算法,求出了边坡稳定性安全系数极小值,并得到最危险滑动面的滑弧半径和滑弧中心坐标。 提出了求解边坡稳定性安全系数的神经网络与遗传算法。该方法采用有限元分析和极限平衡理论,求出不同的滑弧半径和不同的弧顶水平坐标下的边坡稳定性安全系数,利用神经网络算法建立滑弧半径和弧顶水平坐标与安全系数之间的非线性映射关系,采用遗传算法搜索边坡的最小稳定性安全系数及相应的滑弧半径和滑弧中心坐标。计算方法适用于任何坡面形状、非均质边坡等复杂滑坡体的稳定性分析,这一点,对工程实际问题来说具有很好的使用价值。 边坡破坏是首先从局部破坏开始,然后逐点扩展,最终产生大规模破坏的渐进过程。在这过程中,发生应力释放、传递和重分布。本文采用边坡渐进破 武汉理工大学硕士学位论文 坏法模拟了这一过程,并重点研究了南里渡滑坡的渐进破坏稳定性。分析表明, 边坡稳定性分析的渐进破坏法能更合理地反映边坡稳定的实际情况,利用接触 摩擦弹簧元可以有效地模拟这一过程。考虑残余强度时的渐进破坏分析所求出 的稳定性安全系数比理论上求出的最小稳定性安全系数要小,而材料特性对安 全系数的影响在考虑残余强度时比较明显。 将遗传算法、神经网络方法、渐进破坏法和有限元法有机结合,开展边坡 稳定性分析的数值解研究,对于如何预防滑坡的发生,滑坡发生后如何进行处 治以保证边坡稳定,具有重要的理论意义和工程实际价值。


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