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近年来,随着国民经济的快速发展,在诸如水电、露天采矿、能源交通及建筑场地等工程活动领域出现了越来越多的高陡边坡,这些边坡往往成为制约该工程是否合理及成败的重要因素。而边坡的稳定性分析是边坡支护工程的首要问题,因此,边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要的研究内容。
类土质边坡是当前边坡工程领域的一个主要和重要的边坡,由于地形条件、地质结构和环境背景复杂多变,类土质边坡的变形失稳机制和加固工程对策有其自身的特点,为了解决有关工程技术难题,一些专家、学者和广大工程技术人员,积极应用工程地质学、岩土力学等学科的知识和成果,开展了广泛的科学研究和工程实践,取得了不少进步和发展。
但是,由于问题的复杂性,研究手段的局限性以及研究工作的具体困难,还有很多问题没有很好解决。
为解决类土质高边坡的稳定性分析评价、防护加固工程设计以及工程施工技术等方面的问题,本论文结合广州市丽山温泉度假村边坡支护工程,借鉴有关理论研究和工程实践经验,采用有限元数值模拟技术,对类土质边坡的稳定性进行数值模拟分析,揭示了类土质边坡变形破坏的孕育特征和发展规律。
论文共分六章,各章的主要研究内容和成果如下:
第一章绪论。主要介绍类土质边坡稳定性分析的国内外研究现状、发展趋势及存在问题,叙述本课题的来源、目的和意义,阐述论文的主要技术路线。
第二章归纳总结了类土质边坡的变形和破坏模式。从分析类土质边坡的发育成因和影响类土质边坡变形破坏的因素入手,结合工程实践经验,总结出类土质边坡常见的变形和破坏方式。
第三章介绍了类土质边坡稳定性分析常用的两种方法——极限平衡法和有限元法。介绍了两种方法的分析原理和各自的优缺点,对两种方法进行了对比分析。
第四章应用有限元分析软件ANSYS模拟了边坡开挖前后的应力场、应变场、位移场的变化,同时应用SLOPE/W软件对有限元分析结果进行验证,揭示了类土质边坡变形破坏的孕育特征和发展规律:
1.边坡的坡脚是类土质边坡的薄弱部位,在坡脚容易出现应力集中,而在边坡开挖过程中,坡脚产生的剪应力集中往往是诱发边坡变形失稳的主导因素。
2.边坡的开挖卸荷会引起边坡体内应力场、应变场和位移场的重新分布。在开挖过程中,其剪应力会在坡脚产生集中,同时在坡顶出现拉应力区,坡顶体现因边坡滑动产生的受拉特性;剪应变的变化过程和剪应力基本一致;边坡开挖后的位移要小于开挖前的位移,体现因边坡卸荷造成边坡变形变小的特性。
3.类土质边坡的滑动面形状通常呈圆弧状和折线状,由于在岩土分界面容易应力集中,所以在进行边坡稳定性分析时要将岩土分界面作为滑动面进行计算。
第五章结合ANSYS对典型类土质边坡的模拟结果,对典型类土质边坡进行了加固设计,得出了以下结论:
1.对于边坡变形需要严格控制,滑裂面发育很深,且边坡高度较大的类土质边坡,需采用预应力锚索框架梁支护形式,给边坡施加主动力来约束边坡的变形。
2.预应力锚索的长度在条件许可的情况下需将锚固段延伸至完整的基岩中,如果基岩发育很深,必须增加锚固段长度使锚索能提供足够的预应力。
3.预应力锚索的设计承载力可以应用 SLOPE/W 软件进行仿真设计,应用仿真设计方法简单快捷,并可以随时通过计算结果来调整参数。
4.框架梁设计主要是计算框架梁的内力,根据内力即可计算框架梁配筋等参数。
5.边坡排水系统的设计是边坡设计的重要一环,在设计中应保证整个边坡排水畅通。
第六章结论。总结了本文所取得的研究成果及存在的问题,对以后的研究方向做了简要介绍,并对本文研究方向做了展望。