第一章绪论
1.1背景及意义
工程边坡[2]一般是指受人类活动而形成的边坡,如路堑边坡、基坑边坡和矿山开挖形成的边坡等,天然边坡为自然形成的。受其自身地形地貌、地质构造、地层岩层以及各类内外动力地质作用的影响,常常会发生具有相当危害的变形和滑动破坏,在某些地质环境下,其破坏的后果是相当严重的,常常导致道路设施中断、堰塞湖等,甚至是巨大的人员伤亡。表1一1统计了部分大型边坡滑坡灾害。
我国2008年5月12日的汉川地震,边坡失稳造成的破坏更加明显,其中尤以其形成的唐家山堰塞湖最为严重,地震后山体滑坡,阻塞河道形成的唐家山堰塞湖位于涧河上游距北川县城约6玩处,是北川灾区面积最大、危险最大的一个堰塞湖。库容为1.45x108m,。坝体顺河长约803m,横河最大宽约6llm,顶部面积约3xl了mZ,由石头和山坡风化土组成,湖上游集雨面积3550km2。
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1.2研究现状
边坡工程稳定性研究主要有自然历史分析法、力学分析法、工程地质类比法和数值分析法[5]。安全系数的定义方法[6]:强度储备安全系数、超载储备安全系数和下滑力超载储备安全系数。强度准则方面大多采用摩尔一库伦准则。
1.2.1安全系数的定义
安全系数的定义与边坡安全系数的求法一样,其定义方法也有多种形式,当前获得承认的方法主要是强度储备安全系数法、超载储备安全系数和下滑力超载储备安全系
(l)强度储备安全系数
1952年,Bish叩在“简化毕肖普法”中定义边坡安全系数为:土坡某滑裂面上抗剪强度指标同比例降低,则土体在此滑裂面处达极限平衡状态。
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第二章基本理论及方法
2.1岩土强度参数获取方式
边坡计算中,所需参数多,而且土体参数相对较为离散,因此获取合理的参数是边坡计算的基础。根据FLAC强度折减法计算原理发现,需要精确确定的参数主要是弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角和密度。相比较来说,土体参数较岩体参数获取更为容易,一般室内试验均可以满足计算要求,岩体因为裂隙的随机性较强,造成岩体工程参数强度不一,因此合理的获取岩体工程参数也一直是研究的重点。
2.1.1土的抗剪强度
外力作用下,土体抵抗剪切破坏的最大能力,称为土的抗剪强度。据莫尔-库伦理论,可得无粘性土的抗剪强度计算公式为:
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2.2FLAC基本理论
1964年,根据偏导数的积分定义,wilkins提出了差分格式:
式中:F—某一纯量、矢量或者张量;x—位置矢量分量;ds—弧长增量;A—积分域;n—垂直于击的单位法线分量式(2一3)的面积积分是连续的,但沿一个有限多边形积分时,有一个等效的表达式
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第三章岩土体参数对边坡安全系数的关联分析........22
3.1计算过程........................22
3.2粘聚力.....................23
3.3内摩擦角.......................23
3.4剪胀角..........................24
3.5灰关联分析.........................25
3.6小结...........................28
第四章边坡稳定性的影响因素权重研究.........29
4.1粗糙集.....................29
4.2基于属性重要度的权重求解方法...........30
4.3基于知识粒度和属性重要度的权重求解方法.........31
4.4计算实例......................31
4.5小结...................37
第五章强度准则对边坡稳定性评价的影响研究
5.1强度准则现状
强度理论分为理论准则和经验准则,目前主要的强度准则参见表:
Hoek一Brown准则与常规的Mohr一C。u1。mb准则相比,其优势主要在4个方面:
①:综合考虑岩块强度、结构面强度、岩块结构等因素,更能反映岩体的非线性破坏。
②:可以提供岩体破坏时的强度条件,更能对岩体破坏机理描述。
③:岩体可以承受拉应力,能解决低应力、拉应力区及主应力对强度的影响,更加符合岩体破坏的特点。④:以瞬时岩体剪切强度参数描述岩体剪切破坏特征,能够反映岩体的非线性破坏特征。
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第六章结论与展望
6.1结论
正像绪论中所述,边坡工程研究是一个较为复杂的问题,涉及到水文与水资源、地质工程和岩土工程等多学科的问题,但是研究边坡的稳定性必须在详细的地质调查之上,确定合适的计算方法。本文对边坡工程中的岩土体参数和强度准则进行了探讨,主要得出了以下几个结论:
(1)在概述边坡稳定的研究方法上,介绍了数值分析的发展,包括有限差分法的原理、强度折减法的发展以及灰色关联分析和粗糙集理论的原理,同时对现有的强度准则进行了概括。
(2)选用有限差分软件FLAC,进行边坡的安全系数计算,对单一改变摩擦角、粘聚力和剪胀角时,对参数和边坡安全系数进行一元回归分析,得出了边坡安全系数与擦角、粘聚力基本呈非线性关系。运用灰色关联分析,对摩擦角、粘聚力和剪胀角与边坡安全系数进行关联分析,其中,摩擦角对边坡安全系数影响最大,其次是粘聚力。
(3)运用解决不确定问题的粗糙集理论中的知识粒度和属性重要度求解了边坡坡高、坡角、水平地震加速度、粘聚力、摩擦角和重度对边坡安全系数的影响权重,根据知识粒度及属性重要度求解权重的方法显示,坡角对边坡稳定最为明显,其次是地震加速度、重度和摩擦角,坡高和粘聚力影响最小。通过属性重要度下的权重计算可得,边坡坡角影响最大,其次是摩擦角和重度,再其次是地震加速度和粘聚力,其中边坡的坡高影响最小。综合知识粒度和属性重要度、属性重要度的两种计算权重的方法研究发现,影响边坡稳定的主要因素坡角最大,其次是重度和摩擦角,随后是地震加速度,坡高和粘聚力对边坡稳定性影响最小。减小坡角是对边坡最有利的措施。
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参考文献(略)