【摘 要】
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随着我国工程建设的快速发展,不可避免要对山区边坡进行人工切坡开挖,而因切坡过程不当所诱发的滑坡现象经常发生。堆积层边坡作为最常见的边坡类型之一,其坡体物质组成松散,对该类边坡进行切坡开挖施工则更容易诱发滑坡。因此,如何依据堆积层边坡的切坡致滑灾变规律,建立与其相适应的有效稳定性评价模型,已经成为滑坡稳定性评价领域内亟待研究和解决的重大课题之一。本文依据堆积层边坡的特点以及切坡失稳致滑效应,以四川省
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随着我国工程建设的快速发展,不可避免要对山区边坡进行人工切坡开挖,而因切坡过程不当所诱发的滑坡现象经常发生。堆积层边坡作为最常见的边坡类型之一,其坡体物质组成松散,对该类边坡进行切坡开挖施工则更容易诱发滑坡。因此,如何依据堆积层边坡的切坡致滑灾变规律,建立与其相适应的有效稳定性评价模型,已经成为滑坡稳定性评价领域内亟待研究和解决的重大课题之一。本文依据堆积层边坡的特点以及切坡失稳致滑效应,以四川省插旗山古滑坡切坡开挖形成的高陡边坡为研究对象,运用Midas GTX NX有限元软件分析了插旗山古滑坡切坡过程中应力场、位移场、塑性区及稳定性变化规律。以滑坡加卸载响应比理论为基础,建立了切坡动力增载位移响应比评价参数与评价模型,并运用损伤力学基本原理,建立了切坡动力增载位移响应比失稳判据准则。同时,对插旗山古滑坡重新设计4种切坡方案,从切坡动力增载位移响应比评价参数、剩余抗滑力、稳定性系数及切坡方量等方面对各设计方案进行稳定性对比分析,确定出最优切坡方案。上述研究结果验证了切坡动力增载位移响应比评价模型的有效性,也为插旗山古滑坡的切坡工程提供参考意义。其主要研究成果如下:(1)依据插旗山古滑坡的物质组成特点及切坡开挖变形特点,运用Midas GTS NX有限元软件全面分析古滑坡第一、二次切坡过程中应力场、位移场、塑性区及稳定性演化规律。分析结果如下:(1)古滑坡切坡过程中,各切坡层的水平、竖向应力逐渐减小,坡体由受压状态逐渐向受拉状态转变。(2)各切坡层在未切坡时最大剪应力逐渐减小,切坡后开始增大并趋向稳定,切坡层坡脚处容易发生剪切破坏。(3)各切坡层的最大主应力均逐渐减小。(4)各切坡层的水平、竖向位移整体均逐渐增大,在地表出现隆起现象,其中,部分切坡层由于处于坡体内部而产生负向位移,最终都转变为正向位移。(5)各切坡层塑性区逐渐发展、贯通,稳定性系数逐渐降低。(6)在暴雨工况下,古滑坡整体稳定系数为1.05,处于欠稳定状态。(2)依据堆积层边坡的基本变形规律和滑坡加卸载响应比理论,将边坡失稳时的动力作用因素(切坡开挖)与位移响应规律进行定量耦合研究,提出以切坡过程作为动力增载过程,以切坡过程中动力变化值作为增载参数,以动力变化所引起的位移变化值作为响应参数,建立边坡在切坡条件下的动力增载位移响应比评价参数与评价模型。基于损伤力学基本原理,以损伤变量作为关联参数,建立起稳定性系数与切坡动力增载位移响应比之间的定量关系,进而基于稳定性系数确定了切坡动力增载位移响应比失稳判据准则,该判据准则使切坡动力增载位移响应比与边坡稳定性系数具有等效的稳定性评价意义。(3)根据插旗山古滑坡工程概况和切坡稳定性数值模拟结果,发现古滑坡切坡坡率大,稳定性低,给滑坡坡脚的公路建设工程带来严重的安全隐患,因此在假设古滑坡未切坡的条件下,对古滑坡重新设计4种切坡方案。通过对各方案进行数值模拟研究并将模拟结果代入到切坡动力增载位移响应比评价模型中,得到各方案的切坡动力增载位移响应比变化曲线,经对比分析发现,各方案切坡过程中的动力增载位移响应比变化规律与稳定性系数演化规律基本吻合。其中,方案1~4中的切坡动力增载位移响应比最大值分别为7.51、7.11、5.88、2.77,与其相对应的稳定性系数分别为1.09、1.12、1.14、1.20,两者之间表现出明显的负相关关系。(4)在极限平衡法计算条件下,计算各设计方案的剩余抗滑力和稳定性系数,发现方案4的剩余抗滑力和稳定性系数最大。经上述研究发现,各设计方案的切坡动力增载位移响应比变化规律与极限平衡法计算条件下的剩余抗滑力和稳定性系数演化规律相吻合,进一步验证了切坡动力增载位移响应比评价模型可以对边坡切坡过程中的稳定性进行合理有效的评价。(5)通过对插旗山古滑坡各设计方案进行多方面的稳定性对比分析,发现方案4的切坡动力增载位移响应比、切坡方量最小,剩余抗滑力和稳定性系数最大,故确定出方案4(坡率1:1.75)为符合安全要求且经济合理的最优切坡方案。
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