基于强度双折减系数法的边坡稳定性分析方法研究

• 作 者: 王纪强
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2020年10期
• 关键词: 边坡稳定性 强度双折减法 有限元 含水率 安全系数

边坡稳定性分析方法中,有限元强度折减法有诸多优势:其不必对边坡做过多假设,且适用于任意形状的滑裂面,并能适应各种复杂工况的边坡稳定性分析。但是强度折减法是基于计算机软件进行的,属于一种数值分析方法,其结果受诸多因素影响。因此,归纳总结并深入探讨其主要的影响因素是非常有必要的。传统的强度折减法分析边坡稳定性时,两个抗剪强度参数的折减是按相同比例同步进行的,即采用相同的折减系数;但大量的试验研究表明,抗剪强度参数受外界干扰后,劣化规律并不相同,其中φ值比较稳定,而c值的波动较大。因此,将抗剪强度参数c和φ按照相同的折减系数进行折减不符合边坡强度参数的劣化规律。从边坡失稳破坏的机理来看,应该采用不同的折减系数来反映强度参数的减小,并且两个折减系数的关系应该能反映强度参数的劣化规律,这样得出的安全系数才更准确。本文利用ABAQUS软件,研究了强度双折减系数法的理论和实现方法,主要做了以下工作:(1)对已发表的非饱和土直剪试验和三轴剪切实验进行参数拟合,建立土体强度参数随含水量变化的函数关系,推导了抗剪强度参数的配套折减机制,即Fφ=Fck,并提出一种新的综合安全系数定义方法:Fs=(?)。(2)对比分析强度双折减系数法中,边坡失稳的三种判据所确定的安全系数大小。研究发现,计算不收敛判据的结果往往偏差较大,应该同时考虑塑性区贯通判据以及特征点位移突变判据的安全系数值;此外,探究了岩土材料的弹性模量E,泊松比V、土体重度γ和强度参数指标c、φ对边坡安全系数的影响规律。(3)结合通用条分M-P法和强度折减理论,提出通用条分双折减系数法,并采用通用条分双折减系数法分析了多个均质土坡的稳定性,发现其安全系数结果和有限元强度双折减系数法的结果较为一致,从侧面论证了有限元强度双折减系数法的正确性。(4)采用有限元强度双折减系数法,计算了三种典型复杂边坡的安全系数,并将其与极限平衡法以及传统的有限元强度折减法的计算结果进行对比分析。研究结果表明极限平衡方法和传统的有限元强度折减法均高估了复杂边坡的安全系数。(5)最后,本文利用有限元强度双折减系数法研究了抗滑桩加固的边坡的稳定性,探究了抗滑桩的布置位置Lx/L、抗滑桩间距D/d以及抗滑桩桩体的弹性模量E对抗滑桩加固边坡的安全系数的影响规律。本文提出的双折减系数法,具有明确的理论依据和实际意义,可以为土质边坡的稳定性分析提供一种思路,此法得出的安全系数结果可以作为一种边坡稳定性评价依据。