岩质边坡稳定分析及加固设计研究

论文摘要

人类在从事生产和建设的过程中,尤其是随着我国经济建设的迅速发展,特别是西部大开发战略的实施,水电建设、道路修建等工程活动,往往形成众多的岩质边坡。这类边坡工程有个共同的特点:所建边坡工程一般进行了人工开挖,边坡既高又陡,地质条件复杂,环境因素恶劣,不仅有强烈的卸荷作用,还有多因素联合作用。工程建设中不断发生的岩质边坡失事事件,导致了人们生命和财产的严重损失,由此引起工期延误而带来的间接损失更是不可估量的。因此,岩质边坡的稳定问题事关工程建设和运行期间的安全和经济效应,对其进行研究具有重要的工程实践意义和经济价值。以往对岩质边坡工程的研究,一般是建立在传统的岩石力学理论与方法的基础上,即应用传统的岩石力学的概念、理论和方法去研究岩质边坡的稳定和变形问题。天然的岩体经过漫长的地质年代作用后,一般处于稳定的平衡状态。开挖后的岩质边坡工程,由于岩体的开挖、地应力的释放,这种平衡状态遭到破坏,释放的地应力对边坡岩体来说,将导致余留岩体的二次应力重分布,屈服条件的选取以及岩体分析的方法等,应与传统的分析方法有所不同。如果附加地震等荷载将使稳定分析更加复杂。有限元法能反映岩体内部真实的应力应变状态,能分析岩体从变形到破坏的发展过程,并可考虑累积性破坏对边坡岩体稳定性的影响和岩体弹塑性等因素给分析结果带来的影响,在很大程度上能弥补传统方法的不足。本文利用有限元程序ABAQUS,结合强度折减法的思想,对某水电工程的岩质高陡边坡开挖过程及地震作用进行了数值模拟及稳定分析,得到:（1）开挖将引起与坡面相交断层的错动,从而影响边坡的稳定;（2）基于强度折减法,提出了以加权等效塑性应变QPEEQ及其变化作为岩质高陡边坡判定稳定的依据,并给出了稳定安全系数Kcr;（3）通过锚索和注浆加固效果的比较,发现锚索等浅层锚固措施对控制边坡整体位移作用很小,并推荐了优化的加固方案:（4）在地震荷载作用下,将产生较大的坡顶及坡脚塑性位移,并随边坡高程呈近似线性的变化规律,坡脚是抗震加固的薄弱部位。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 边坡的分类
• 1.2 影响岩质边坡稳定的基本因素
• 1.2.1 岩体结构因素的影响
• 1.2.2 地应力因素的影响
• 1.2.3 爆破动力因素的影响
• 1.2.4 水的因素的影响
• 1.2.5 气温因素的影响
• 1.2.6 边坡开挖施工程技术的影响
• 1.3 边坡的破坏模式
• 2 边坡稳定分析方法
• 2.1 极限平衡法
• 2.2 有限元法
• 2.3 可靠度分析方法
• 2.4 灰色理论分析方法
• 3 非线性有限元分析技术——ABAQUS
• 3.1 ABAQUS在岩土工程分析中的应用
• 3.2 Mohr-Coulomb模型
• 3.2.1 Mohr-Couiomb模型特点
• 3.2.2 Mohr-Coulomb模型公式及参数
• 3.2.3 Mohr-Coulomb模型对应的流动法则
• 3.3 修正Drucker-Prager模型
• 3.3.1 修正Drucker-Prager模型特点
• 3.3.2 子午线为线性的Drucker-Prager模型
• 3.3.3 子午线为双曲线的Drucker-Prager模型
• 3.3.4 子午线为指数函数的Drucker-Prager模型
• 3.4 D—P模型参数与M—C模型参数的转换关系
• 3.5 节理材料模型
• 3.6 地应力平衡
• 3.7 非线性分析
• 3.8 ABAQUS/Explicit分析
• 4 稳定分析及加固优化设计
• 4.1 分析模型
• 4.2 人工边界的确定
• 4.3 开挖过程模拟
• 4.4 边坡稳定加固设计
• 4.5 边坡的地震稳定分析
• 4.5.1 输入地震波
• 4.5.2 地震稳定分析
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献