山区高速公路挖方高边坡稳定可靠性及其控制技术研究

论文摘要

随着高速公路建设不断向山区延伸,目前山区高速公路工程的建设规模、地质复杂性和所包含的技术难度都是空前的,路基挖方高边坡的安全稳定性已越来越引起重视。在用常规的稳定性方法评价后,往往存在稳定性系数F小于1的边坡竟然稳定,而稳定性系数F满足技术要求的边坡竟然失稳的情况。随着人们对边坡的稳定性分析认识的不断深入及研究方法的不断成熟,对相关问题已经取得了一些可喜的成就。本文以万梁高速公路K46+670+900路段边坡为例,进行了边坡稳定性影响因素分析,稳定可靠性评价,数值模拟稳定性分析以及支护设计。本项研究的目的是将结构可靠度分析方法应用于山区高速公路高边坡的稳定安全可靠性分析,根据计算力学的最新发展动态,结合采用多维数值分析,进一步准确地评价高边坡的安全可靠度。对失效概率高、存在潜在不稳定性的高边坡提出加固技术对策,以避免挖方高边坡发生滑坡、坍塌等地质灾害,确保高边坡开挖施工安全和建成通车后的公路运营安全。为此,根据边坡工程地质情况,确定对边坡稳定性影响最大的粘聚力及内摩擦角为随机变量,试验统计其分布规律及其均值与变异系数,对第一次开挖之后的边坡进行可靠度的研究,基于极限平衡分析方法,并采用多种方法如JC法、中心点法、基于有限元与蒙特卡罗法以及粒子群法对比分析,知道了各个方法的利弊,得出可靠度指标与失效概率,分析边坡的稳定性。得出结果为虽然安全系数大于1,但失效概率已将超过了30%,所以要进行支护才能是边坡稳定进行下一次的来挖。同时,为揭示边坡加固前后的变形破坏机理、失稳模式,采用FLAC3D数值模拟分析方法,对边坡开挖与支护进行数值模拟和应力分析,并得到了与可靠性分析结果一致的结论,必须进行坡面支护才能确保下一次开挖的顺利进行,同时揭示预应力锚索加固的优势与可行性,由此揭示高速公路边坡的失稳风险与长期稳定性更具有全面性。最后综合各种分析结果,给出本段边坡的最优设计方案与治理方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 国内外研究现状
• 1-2-1 边坡稳定分析和控制技术方法研究现状
• 1-2-2 边坡可靠性分析方法国内外研究现状
• 1-2-3 高边坡加固工程研究及应用现状
• §1-3 本文主要研究内容及研究思路
• 1-3-1 山区高速公路边坡调查
• 1-3-2 山区高速公路边坡可靠度极限状态方程研究
• 1-3-3 山区高速公路边坡可靠度研究
• 1-3-4 山区高边坡实例研究
• 第二章 工程背景
• §2-1 概述
• §2-2 高边坡工程地质概况
• 2-2-1 工程地质大概情况
• 2-2-2 开挖方案
• 2-2-3 工程地质概况评价
• §2-3 对边坡控制技术的研究
• 第三章 边坡稳定可靠性分析的基本理论与方法研究
• §3-1 概述
• §3-2 可靠性理论
• 3-2-1 不确定因素
• 3-2-2 边坡可靠性概念
• 3-2-3 度量方法和尺度
• 3-2-4 功能函数与极限状态方程
• 3-2-5 可靠度指标与安全系数
• §3-3 边坡可靠度应用方法
• 3-3-1 一次二阶矩法
• 3-3-2 统计矩法（Rosenblueth 法）
• 3-3-3 蒙特卡罗模拟法
• 3-3-4 晌应面法
• 3-3-5 随机有限元法
• 3-3-6 粒子群优化算法（PSO）
• 第四章 可靠度理论在公路高边坡中的应用
• §4-1 边坡稳定分析的极限平衡理论
• 4-1-1 极限平衡法基本准则
• 4-1-2 不平衡推力法
• 4-1-3 平面直线计算法
• §4-2 搜索最危险滑面
• §4-3 极限状态方程的确立
• 4-3-1 直接转换法
• §4-4 岩土性参数的确定
• §4-5 高边坡岩土性参数的敏感性分析
• §4-6 工程实例应用
• 4-6-1 极限状态方程的建立
• 4-6-2 安全系数与可靠度的计算
• 4-6-3 基于ANSYS 的概率设计系统（PDS）对边坡可靠性分析的应用
• 4-6-4 基于粒子群算法计算可靠指标
• §4-7 小结
• 3D 边坡稳定性数值模拟计算'>第五章 基于 FLAC^3D边坡稳定性数值模拟计算
• 3D 基本原理'>§5-1 FLAC^3D基本原理
• ^3D 简介'>5-1-1 FLAC^3D简介
• 5-1-2 模型建立的基本过程
• 3D 实际应用'>§5-2 FLAC^3D实际应用
• 5-2-1 计算模型
• 5-2-2 开挖不加支挡防护的边坡的稳定性模拟
• 5-2-3 小结
• 5-2-4 高边坡防治工程
• 5-2-5 边开挖边加支挡防护的边坡的稳定性模拟计算
• 5-2-6 预应力锚索的分析
• 5-2-7 对本次小结
• §5-3 本章小结
• 5-3-1 两种施工方案对比研究
• 5-3-2 总结
• 第六章 结论及展望
• §6-1 结论
• §6-2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果