地震荷载作用下顺层岩体边坡变形特征及稳定性研究

论文摘要

地震荷载作用下岩体边坡响应与稳定性研究是我国西部强地震区大型水利水电工程建设中需要解决的难点和热点问题。本文主要针对顺层岩体边坡,采用离散元方法对其在地震动荷载作用下的变形特征及稳定性评价进行了详细的分析研究。应用二维离散元程序UDEC计算了地震动荷载作用下边坡的永久位移,并将所得计算结果与Newmark法计算结果及震后现场实测值进行了对比,分析结果表明Newmark法计算得到的永久位移值较实测值偏小,离散元计算得到的永久位移结果较Newmark法更接近于实测值。在此基础上,利用三维离散元程序3DEC初步分析了地震动荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率和持续时间等因素对顺层岩体边坡永久位移的影响规律。结合强度折减法的思想,提出一种求解地震动荷载作用下边坡安全系数的方法,即:采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行了对比,发现二者的计算数值相差较小,并且其变化趋势也比较一致,对比结果表明该方法是完全合理可行的。在此基础上,利用3DEC初步分析了地震动荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩体边坡安全系数的影响规律。对沪蓉(西线)高速公路钟家湾深路堑顺层岩体边坡的开挖和地震作用下的变形及稳定性进行了综合分析,分析结果表明:坡体在开挖过程中能保持稳定,开挖引起的变形量较小;地震作用下虽然安全系数有所降低,变形量也有较大增长,但坡体仍能维持基本的稳定。

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 现场调查
• 1.2.2 试验研究
• 1.2.3 计算方法
• 1.2.4 安全系数计算方法
• 1.3 研究内容
• 第二章 离散单元法的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 动态松弛离散单元法
• 2.2.1 力与位移的关系
• 2.2.2 运动方程
• 2.2.3 阻尼
• 2.2.4 时步
• 2.3 离散单元法的计算机实施
• 第三章 顺层岩体边坡变形特征的离散元模拟
• 3.1 引言
• 3.2 地震滑坡实例及 UDEC 建模
• 3.2.1 Rokko 滑坡
• 3.2.2 Andretta 滑坡
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 离散元计算结果
• 3.3.2 Newmark 法计算结果
• 3.3.3 对比分析
• 3.4 小结
• 第四章 地震荷载作用下顺层岩体边坡变形特征影响因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型及参数的选取
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 网格尺寸的选取
• 4.2.3 岩石力学模型和屈服准则
• 4.2.4 岩体基本物理力学指标
• 4.2.5 约束条件选择
• 4.2.6 动荷载、阻尼系数的确定
• 4.3 影响因素分析
• 4.3.1 坡高对顺层边坡位移的影响分析
• 4.3.2 坡角对顺层边坡位移的影响分析
• 4.3.3 岩层倾角对顺层边坡位移的影响分析
• 4.3.4 频率对顺层边坡位移的影响分析
• 4.3.5 振幅对顺层边坡位移的影响分析
• 4.3.6 持续时间对顺层边坡位移的影响分析
• 4.4 小结
• 第五章 地震荷载作用下顺层边坡安全系数的求解方法
• 5.1 引言
• 5.2 强度折减法简介
• 5.3 临界状态及滑面判断
• 5.4 影响因素分析
• 5.4.1 坡高对安全系数的影响分析
• 5.4.2 岩层倾角对安全系数的影响分析
• 5.4.3 坡度对安全系数的影响分析
• 5.4.4 地震波振幅对安全系数的影响分析
• 5.4.5 地震波频率对安全系数的影响分析
• 5.5 小结
• 第六章 沪蓉西高速公路钟家湾顺层边坡地震稳定性分析
• 6.1 工程背景
• 6.2 工程地质资料
• 6.2.1 地形地貌
• 6.2.2 地质构造
• 6.2.3 工程地质概况
• 6.2.4 水文地质条件
• 6.2.5 地震与区域稳定性
• 6.2.6 边坡稳定性初步评价
• 6.3 边坡分析数值模型的建立
• 6.3.1 几何模型
• 6.3.2 物理力学参数
• 6.3.3 二维数值计算模型的建立
• 6.4 开挖卸荷条件下坡体的稳定性分析
• 6.4.1 边坡变形分析
• 6.4.2 安全系数
• 6.5 地震荷载作用下坡体的稳定性分析
• 6.5.1 拟静力荷载
• 6.5.2 动力时程法
• 6.6 计算结果对比
• 6.7 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢