考虑侧向摩擦边界的三维边坡稳定分析

• 作 者: 孙程
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 边坡稳定 滑面应力法 有限元 三维 侧向摩擦 组合滑面

目前在研究边坡稳定分析中,二维边坡稳定分析的理论与计算方法已趋于完善,但就联系实际滑坡的三维特性而言,三维边坡的分析方法研究将是未来的发展趋势。现今,三维边坡稳定分析方法以刚体极限平衡法和有限元强度折减法为主,这些方法忽略了平行于滑动方向的侧向摩擦作用,没有全面地考虑坡体的三维抗滑特性。本文基于这个背景,提出了能够考虑侧向摩擦边界的三维滑面应力法,本文所做的主要工作如下:1)根据文献中对二维有限元滑面应力法思路的介绍,基于遗传算法分别编译了二维圆弧/组合滑面应力法的计算程序;计算了均质土坡、非均质土坡、软弱夹层土坡、渗流作用下的成层土坡,通过与强度折减法的对比,验证了该计算程序的可靠性以及对不同土坡的良好适应性,为后续三维滑面应力法的研究奠定基础;2)在总结分析各种三维方法的基础上,本文提出用三维有限元滑面应力法来分析土质边坡的稳定性。该法充分地考虑坡体的三维抗滑特性,并避免了三维条柱法需要求解大量方程组的缺点和强度折减法力学概念不明确的不足。对于均质土坡假定滑裂面为旋转椭球面、非均质土坡假定滑裂面为组合滑面,通过二次曲面应力转换、传统的安全系数定义、最优化技术,寻找出土体的最危险滑面,并最终通过实例验证三维有限元法在研究三维边坡稳定分析中的可靠性。3)通过本文计算程序与强度折减法的对比,研究分析了不同曲率下的凸边坡安全系数变化规律;在计算过程中,本文程序算法从考虑侧向摩擦和不考虑侧向摩擦边界两种角度,分别计算了凸边坡的安全系数,证明了侧向摩擦边界条件对于三维边坡的安全系数有较大影响。