以斜坡坡肩为承载面的层状岩基极限承载力计算理论研究

论文摘要

如何确定以斜坡坡肩为承载面的层状岩基承载力,是目前岩土工程界急需解决的一大科学难题。本论文在系统研究层状岩体力学参数的基础上,以结构面强度、岩块强度及结构面倾向、结构面倾角等为主要参数,全面划分了含一组结构面各向异性层状岩基的破坏模式、临界条件和判别依据;进而以极限分析理论(主要为极限平衡法和滑移线法)为理论基础,全面开展了以斜坡坡肩为承载面的层状岩基极限承载力计算理论研究,取得如下成果:1、研究了层状岩体力学参数取值方法,并建议了相应的计算公式。2、创造性地应用“压杆稳定”原理对溃屈破坏进行了分析研究,并推导了产生溃屈破坏的岩层厚度计算公式。3、通过对层状岩基稳定性影响因素的分析,划分了以边坡坡肩为承载面的层状岩基在不同参数组合时的8种可能破坏模式,并给出了各破坏模式发生的临界条件及判别依据。4、根据极限平衡法和滑移线法,推导了6种破坏模式下边坡坡肩所能承受的极限荷载(极限承载力,包括竖向承载力和横向承载力)计算公式,并以算例说明了各破坏模式下极限承载力公式的计算步骤。5、在建立6种破坏模式下边坡坡肩所能承受的极限承载力(极限荷载)计算理论的基础上,以相应理论反推了边坡坡面所需施加支护荷载的计算公式,并以算例说明了各计算公式的应用步骤。6、首次运用滑移线理论求解边坡稳定性及坡肩极限承载力、坡面所需支护力时,同时考虑岩土体的重力和内摩擦角,克服了运用滑移线理论“不计体力”的缺陷,增强了滑移线法的适用性。7、针对缓倾、水平层状岩质边坡的失稳破坏特点,根据潘家铮最小值原理,创造性地利用应力间断面的可调性,寻找双平面破坏模式下的最不利滑面,并阐明了相应的求解步骤和方法。本论文首次对层状岩体力学参数的预测、含一组结构面层状岩质边坡的破坏模式及坡肩极限承载力、坡面支护力计算理论开展了较全面系统的研究,对切实解决工程难题、指导工程实践、发展岩基承载力理论均有重要的理论意义、现实意义和广阔的应用前景。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 层状岩体破坏模式及失稳机理研究现状
• 1.2.2 地基极限承载办计算理论研究现状
• 1.2.3 层状岩质边坡稳定性评价方法及支护设计理论研究现状
• 1.3 研究思路与方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 研究方法
• 2 层状岩体力学参数预测
• 2.1 概述
• 2.2 岩体强度准则
• 2.2.1 Mohr-Coulomb强度准则
• 2.2.2 Griffith强度准则
• 2.2.3 Hoek-Brown强度准则
• 2.3 层状岩体力学参数预测
• 2.3.1 层状岩体变形模量预测
• 2.3.2 结构面抗剪强度确定方法
• 2.3.3 岩石单轴抗压强度确定方法
• 2.3.4 边坡岩体综合抗剪强度指标预测
• 2.3.5 含一组结构面的边坡岩体强度预测
• 2.4 本章小结
• 3 地基承载力研究理论与方法
• 3.1 概述
• 3.2 极限分析理论
• 3.2.1 边坡稳定性分析的上、下限定理
• 3.2.2 二维稳定的常用极限平衡分析法
• 3.3 滑移线理论
• 3.3.1 基本方程
• 3.3.2 "c-φ"材料的滑移线方程
• 3.3.3 "φ=0"材料的滑移线方程
• 3.3.4 滑移线的基本特征
• 3.3.5 无重量边坡承受倾斜表面荷载的闭合解
• 3.4 本章小结
• 4 层状岩基破坏模式及判别依据
• 4.1 概述
• 4.2 层状岩基影响因素研究
• 4.2.1 岩性与岩石组合（岩组）
• 4.2.2 岩体结构特征
• 4.2.3 地下水与大气降水
• 4.2.4 临空卸荷
• 4.2.5 边坡几何要素
• 4.2.6 开挖方式
• 4.2.7 天然应力
• 4.2.8 地震
• 4.2.9 温度
• 4.2.10 时间（蠕变）
• 4.3 层状岩基类型与破坏模式划分
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 岩基类型与破坏模式划分
• 4.4 层状岩基破坏模式判别依据
• 4.4.1 各破坏模式的产生条件
• 4.4.2 倾倒、溃屈破坏之岩层厚度范围的推导
• 4.5 本章小结
• 5 层状岩基极限承载力计算理论
• 5.1 概述
• 5.2 M1坡肩极限承载力计算方法
• 5.2.1 计算滑体重力及换算坡肩均布荷载
• 5.2.2 无荷载作用下稳定性计算
• 5.2.3 无坡面支护下坡肩极限承载力计算
• 5.2.4 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.2.5 算例分析
• 5.3 M2坡肩极限承载力计算方法
• 5.3.1 无荷载作用下稳定性计算
• 5.3.2 无坡面支护下坡肩极限承载力计算
• 5.3.3 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.3.4 算例分析
• 5.4 M3坡肩极限承载力计算方法
• 5.4.1 计算模型的建立
• 5.4.2 无坡面支护下坡肩极限承载力计算
• 5.4.3 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.4.4 算例分析
• 5.4.5 附:应力间断面位置角γ′的敏感性分析
• 5.5 M4坡肩极限承载力计算方法
• 5.5.1 理想简化滑面的建立
• 5.5.2 无荷载作用下稳定性计算
• 5.5.3 无坡面支护下坡肩极限承载力计算
• 5.5.4 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.5.5 算例分析
• 5.6 M5坡肩极限承载力计算方法
• 5.6.1 基本假设
• 5.6.2 无荷载作用下稳定性计算
• 5.6.3 无坡面支护情况下坡肩极限承载力计算
• 5.6.4 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.7 M6坡肩极限承载力计算方法
• 5.7.1 计算模型的建立
• 5.7.2 无坡面支护情况下坡肩极限承载力计算
• 5.7.3 坡面有支护时坡肩极限承载力计算
• 5.8 本章小结
• 6 层状岩基支护荷载计算理论
• 6.1 概述
• 6.2 M1坡面所需施加的支护荷载的计算方法
• 6.2.1 支护荷载计算
• 6.2.2 算例分析
• 6.3 M2坡面所需施加的支护荷载的计算方法
• 6.4 M3坡面所需施加的支护荷载的计算方法
• 6.4.1 支护荷载计算
• 6.4.2 算例分析
• 6.5 M4坡面所需施加的支护荷载的计算方法
• 6.6 M5坡面所需支护荷载计算方法
• 6.7 M6坡面所需支护荷载计算方法
• 6.8 本章小结
• 7 工程实例
• 7.1 工程概况
• 7.2 工程地质条件
• 7.3 理论分析计算
• 7.3.1 岩体力学参数预测
• 7.3.2 破坏模式判别
• 7.3.3 曲面滑动破坏模式（M1）下的稳定性验证
• 7.3.4 平面滑动破坏模式（M2）下的稳定性验证
• 7.3.5 双平面破坏模式（M3）下稳定性验证
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 附录
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 附录Ⅲ RMR岩体分类和质量评定
• 附录Ⅳ SMR评价方法
• 附录Ⅴ CSMR评价方法