公路岩质边坡失稳判据及其位移分析研究

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本文主要基于含软弱结构面的顺层岩质边坡为研究对象展开的。当前岩质边坡稳定性研究存在主要问题有:岩质边坡失稳判据的多样性及其不确定性,使得计算所得稳定系数的合理性受到了质疑,尤其在有限元强度折减法分析含软弱结构面岩质边坡稳定性时,缺乏相关失稳判据适用性研究;影响边坡稳定性因素的复杂性和不确定性以及敏感因素区分度的不显著性;岩质边坡失稳破坏是一个十分复杂、高度非线性和发散形的问题,其位移具有不确定性和偶然性,对边坡位移量预测参数失稳判据具有非常大的局限性。故本文采用ABAQUS数值分析软件,结合有限元强度折减法的局部折减法对含软弱结构面的顺层岩质边坡失稳判据、稳定性敏感因素、监测位移的周期性与突变判据三个方面展开研究,其主要内容和成果如下:
  (1)对岩土材料屈服准则进行了研究及其各准则间转换关系进行了推理,建议在分析边坡平面问题时采用内切圆DP4准则(关联准则)与M-C匹配准则DP5(非关联准则);对边坡进行三维分析时,采用M-C准则等面积圆DP3准则。
  (2)在含软弱结构面的顺层岩质边坡稳定性分析中,通过岩质边坡算例,对比常用三类失稳判据、改进失稳判据及应力突变判据,得出各稳定系数之间的关系,以此来找到最合适失稳判据。
  ①在数值分析中,常规的边坡特征点突变判据得到的稳定系数偏小,提出位移增量与折减系数增量比值的倍率突变关系曲线,来确定岩质边坡的稳定系数,该倍率突变判据与塑性区贯通判据、计算不收敛判据十分接近,更合理,同时采用此改进判据时,特征点选取在边坡滑体范围内都能得到稳定系数,主客观误差小。
  ②采用岩质边坡应力突变判据与塑性区贯通率判据分析边坡稳定系数,两种判据得到的岩质边坡稳定系数相同,说明岩质边坡在失稳过程中,其应力突变发生在位移突变之前。
  ③最后对比某岩质边坡在不同工况下各稳定系数大小关系,分析降雨+水位变动对该岩质边坡的稳定性影响,为相似岩质边坡提供理论借鉴。
  (3)结合某公路改扩建工程,以岩质边坡内部参数、几何形状以及外部荷载所包含的7个因素作为稳定性敏感分析对象。通过有限元强度折减法和单因素分析法确定评价指标因素的敏感度,得出两两因素间的相对重要程度关系,利用层次分析法将定性、定量分析相结合,合理确定各因素的权重。通过岩质边坡原始数据间的关系,运用熵值法来确定各因素的变异性和权重,最后借助主客观组合赋权法对各因素权重进行赋权,确定对边坡稳定性最为敏感的因素,以期为边坡治理和优化设计提供参考。
  (4)针对工程实际边坡监测位移在外界因素(水位升降、降雨强度等)干扰下的不确定性和随机性,提出周期性分析与突变理论结合分析边坡稳定性的综合判据。以此为依据,对藕塘滑坡工程实例监测位移进行周期性分析、位移突变判据分析,并结合位移突变倍率判据综合判断岩质边坡的稳定状态和稳定趋势。最后采用组合赋权法分析该工程案例稳定性敏感因素权重,为进一步治理提出参考。
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