公路順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定及其影響因素分析.pdf

1、本文以公路順層巖質(zhì)邊坡為研究對(duì)象，采用有限元強(qiáng)度折減法、極限平衡法、敏感性分析的單因素法和正交設(shè)計(jì)法、可靠度分析的一次二階矩法和響應(yīng)面法等，針對(duì)邊坡概化模型和工程實(shí)例，進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性、因素敏感性和可靠度等方面的研究。在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方面，量化分析了由通用有限元程序與傳統(tǒng)極限平衡法得到的安全系數(shù)結(jié)果差異，以及參數(shù)選取對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果的影響，提出并驗(yàn)證了一種在DP系列準(zhǔn)則間進(jìn)行安全系數(shù)轉(zhuǎn)換的新方法和基于內(nèi)摩擦角取值點(diǎn)的D-P系列準(zhǔn)則與M-

2、C準(zhǔn)則的匹配方法；在因素敏感性分析中提出了采用參數(shù)的增量來(lái)分析層狀邊坡的思路，驗(yàn)證了方差分析法在邊坡敏感性分析中的適用性；在邊坡可靠度分析中提出了與因素敏感性分析相結(jié)合的思路，對(duì)因素敏感性在邊坡可靠度分析中的應(yīng)用開(kāi)展了研究，并給出了可供工程設(shè)計(jì)參考的建議；根據(jù)模型計(jì)算以及工程實(shí)例分析，提出了防護(hù)設(shè)計(jì)的原則。主要內(nèi)容和研究成果有：
　　 通過(guò)對(duì)具一組貫通軟弱結(jié)構(gòu)面的順層巖質(zhì)邊坡有限元計(jì)算模型的分析表明，邊坡坡度陡于巖層傾角、存在臨

3、空面時(shí)對(duì)穩(wěn)定不利，安全系數(shù)隨邊坡高度的增加而降低；坡頂荷載對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響跟其與潛在滑動(dòng)面的相對(duì)位置以及荷載大小有關(guān)；擋墻和錨桿通過(guò)對(duì)塑性區(qū)貫通帶的阻截使塑性區(qū)轉(zhuǎn)移到更薄弱的結(jié)構(gòu)面，從而提高安全系數(shù)，但錨桿必須貫穿塑性區(qū)才能發(fā)揮作用。
　　 應(yīng)用通用有限元程序計(jì)算公路順層巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)時(shí)，其計(jì)算結(jié)果偏于不安全，基于外接圓屈服準(zhǔn)則的有限元計(jì)算結(jié)果比基于莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則的極限平衡法計(jì)算結(jié)果平均高約22％。在有限元計(jì)算中，忽略剪脹角

4、的計(jì)算結(jié)果較為保守；采用關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則時(shí)的塑性區(qū)分布范圍比非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則時(shí)明顯縮小；楊氏模量和泊松比取值對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果幾乎沒(méi)影響，但模量下調(diào)將使邊坡的位移增加，泊松比變小將使塑性區(qū)分布范圍擴(kuò)大。
　　 D-P系列準(zhǔn)則與M-C準(zhǔn)則的研究表明，在基于系列DP準(zhǔn)則的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)有限元計(jì)算中，可以用π平面上D-P系列準(zhǔn)則半徑之比進(jìn)行邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)轉(zhuǎn)換；當(dāng)D-P系列準(zhǔn)則與M-C準(zhǔn)則進(jìn)行匹配時(shí)，傳統(tǒng)的方法多從“平均”角度出發(fā)

5、，對(duì)于具體邊坡，從“平均”意義得出的匹配結(jié)論可能有較大偏差；本文提出了新的方法，只需將不同內(nèi)摩擦角φ值時(shí)DPI準(zhǔn)則和M-C準(zhǔn)則計(jì)算得到的安全系數(shù)比值數(shù)據(jù)曲線，加入內(nèi)摩擦角～系列DP準(zhǔn)則半徑比值的二維空間，通過(guò)比較各曲線在相應(yīng)φ值的豎向截距即可得到最佳匹配準(zhǔn)則，該法對(duì)具體邊坡更具針對(duì)性，結(jié)果也更為準(zhǔn)確。
　　 均質(zhì)邊坡進(jìn)行敏感性分析時(shí)可以直接取參數(shù)的不同水平值，由多層巖體組成的順層巖質(zhì)邊坡，在敏感性分析考慮因素水平時(shí)，提出了采用參

6、數(shù)增量的分析思路。通過(guò)單因素分析法、極差分析法和方差分析法的比較表明，三種敏感性分析法得出的結(jié)論基本一致，但方差分析法的分析效果最優(yōu)。
　　 基于因素敏感性的可靠度分析表明，敏感性較大的因素，不管是強(qiáng)度參數(shù)或者幾何參數(shù)，若存在一定的變異性，在可靠度分析中都不應(yīng)忽視，否則將對(duì)結(jié)果產(chǎn)生重大影響；在邊坡可靠度分析中以敏感性較大的因素作為隨機(jī)變量時(shí)的破壞概率大，在邊坡可靠度分析前首先確定各個(gè)穩(wěn)定影響因素的敏感性排序，再根據(jù)實(shí)際參數(shù)的變異

7、性選取隨機(jī)變量進(jìn)行分析，結(jié)果往往更加合理；邊坡可靠度求解結(jié)合參數(shù)敏感性分析，不僅對(duì)最終的計(jì)算結(jié)果影響很大，而且從某種程度上也關(guān)系到計(jì)算工作量和復(fù)雜程度，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡等復(fù)雜邊坡，合理地應(yīng)用敏感性分析結(jié)果，剔除不敏感因素，可以使原本十分復(fù)雜的邊坡可靠度求解變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
　　 杭千高速公路建德段典型順層滑坡的分析表明，公路順層巖質(zhì)邊坡的形成要素可以歸結(jié)為層狀基巖、巖層的不利走向和產(chǎn)狀、層間軟弱夾層、臨空面。邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)總體原則為