岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法研究

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倾倒破坏作为一种典型的岩质边坡失稳模式,大量存在于国内外的水利水电、高速公路以及露天矿等工程边坡中,边坡倾倒失稳破坏给人民的生命财产安全和工程建设造成了极大的危害。本文采用极限平衡理论和离散元数值模拟,结合对模型试验结果的分析,对岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的机理进行了详细的分析研究,并建立了岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的力学模型和稳定性分析方法,之后,基于锚杆对节理的作用机理,建立了局部锚杆加固后岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的力学模型和稳定性分析方法。主要研究工作与成果表现在以下几个方面:  (1)通过对不同影响因素下岩质反倾边坡的破坏模式和失稳机理的离散元数值模拟研究,结合对模型试验结果的分析,发现岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的破坏面是一条折线,破坏始于坡脚,且坡脚岩层往往发生剪切滑移破坏。  (2)在岩质反倾边坡破坏机理的研究基础上,建立了一种新的岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法。根据岩层的破坏模式,将破坏区岩层分为滑移区、倾倒Ⅰ区和倾倒Ⅱ区,建立了各分区的力学模型和分区间的边界条件,并提出了相应的边坡稳定性判别条件。最后将理论解与数值模拟进行了对比分析,结果表明,所提分析模型的计算结果与离散元数值模拟结果吻合较好。  (3)在岩质反倾边坡破坏稳定性分析方法研究的基础上,提出了岩质反倾边坡弯曲倾倒安全系数计算方法和相应破坏面的确定方法,并以大型数学计算软件MATLAB为平台编写了计算程序。研究结果表明,当岩层厚度较小时,改进模型与Aydan传统模型的计算结果相差不大,随着岩层厚度的增加,两者结果相差逐步增大,Aydan法计算结果偏危险;破坏面一般不会是一条贯穿到坡顶的直线,通常情况下在坡顶以下就发生了转变,即倾倒Ⅰ区与倾倒Ⅱ区的边界一般位于坡顶以下。  (4)在充分考虑岩层自稳能力的前提下,提出了岩质反倾边坡局部锚杆加固理论及分析方法,实现了岩质反倾边坡的优化加固。研究结果表明,全长黏结型锚杆加固岩质反倾边坡时,最优加固位置位于倾倒Ⅰ区,具体位置与边坡的物理力学参数、锚杆锚固参数有关。
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