公路巖質(zhì)邊坡應(yīng)力變化特征與穩(wěn)定性評價的數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖質(zhì)邊坡在山區(qū)高等級公路建設(shè)中十分常見，在自然作用力及人類活動的影響下，巖質(zhì)邊坡內(nèi)部會進行平衡狀態(tài)的調(diào)整，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)也會發(fā)生相應(yīng)改變。因此，僅依靠邊坡的設(shè)計從時間和空間上無法對邊坡的長期安全性做出準確判斷，必須要加強巖質(zhì)邊坡的安全監(jiān)測工作。 目前，公路巖質(zhì)邊坡的監(jiān)測，并沒有考慮公路巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)破壞的特點，多是以位移為監(jiān)測參數(shù)來跟蹤邊坡的失穩(wěn)過程。 這種針對自然滑坡的監(jiān)測方法，無法克服用于巖質(zhì)邊坡監(jiān)測過程中時間滯后的缺陷

2、。因此，為了盡早判斷和預(yù)測邊坡安全的傾向，有必要對邊坡形成過程以及平衡調(diào)整時的內(nèi)部應(yīng)力變化特征進行研究，以便及早掌握巖質(zhì)邊坡安全狀態(tài)的變化。 不但可以尋求更能反映巖質(zhì)邊坡狀態(tài)變化的力學(xué)參數(shù)進行監(jiān)測，也有助于建立具有公路交通特點的巖質(zhì)邊坡預(yù)警系統(tǒng)。 本文在分析目前監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合公路巖質(zhì)邊坡的特點，從應(yīng)力角度來分析巖質(zhì)邊坡形成過程中的應(yīng)力場特征。研究在安全狀態(tài)變化時，邊坡內(nèi)部應(yīng)力場的變化規(guī)律以及邊坡中敏感部位的分布特

3、征，為建立相應(yīng)的巖質(zhì)邊坡預(yù)警系統(tǒng)做嘗試性的前期探索工作。 主要研究工作從以下七個方面展開： (1)為適應(yīng)有限元模擬的需要，對巖質(zhì)邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的模擬技術(shù)進行研究。采用低強度彈塑性夾層單元模擬邊坡中的軟弱結(jié)構(gòu)面，用非線性有限元中的狀態(tài)非線性技術(shù)模擬巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征，建立巖質(zhì)邊坡非線性有限元模型。 (2)通過對巖質(zhì)邊坡破壞機理的分析，提出便于數(shù)值仿真分析的巖質(zhì)邊坡分類方法，根據(jù)重新定義的邊坡類型，分析公路巖質(zhì)

4、邊坡破壞模式及其條件。 (3)根據(jù)公路工程的特點，采用二維有限元方法模擬巖質(zhì)邊坡的開挖，分析開挖效應(yīng)對其內(nèi)部應(yīng)力場的影響以及巖質(zhì)邊坡成坡后的應(yīng)力場特征。 (4)結(jié)合工程上常用的坡型，在對開挖效應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，進行不同巖體條件下巖質(zhì)邊坡合理坡型的研究，根據(jù)邊坡斜率變化時開挖效應(yīng)對邊坡內(nèi)部應(yīng)力場的影響，探討巖質(zhì)邊坡合理坡率的確定程序。 (5)以強度折減法為手段，分析典型巖質(zhì)邊坡安全狀態(tài)惡化時邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化過程，分析

5、坡率變化對邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化特征的影響，探討典型巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)力敏感部位。 (6)在分析巖質(zhì)邊坡成形后隨著邊坡安全狀態(tài)惡化過程中內(nèi)部應(yīng)力場變化特征的基礎(chǔ)上，對巖質(zhì)邊坡中應(yīng)力敏感部位進行了探討，指出了巖質(zhì)邊坡中不同部位、不同方向應(yīng)力場對邊坡巖體惡化過程的響應(yīng)程度。 (7)跟蹤實體工程的施工進度，通過有限元技術(shù)，模擬邊坡整個開挖進程，提取計算結(jié)果中位移場及應(yīng)力場的相關(guān)信息與現(xiàn)場監(jiān)測成果相對照。 對數(shù)值模擬技術(shù)在實際邊坡