离心实验原理数值试验方法及其在边坡失稳研究中的应用

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岩土工程学是一门涵盖工程地质学、土力学、岩石力学、基础工程和地下工程的综合性学科,岩土本身结构的复杂性使得长期以来岩土工程研究成为力学、材料和工程、采矿等学科的研究热点和难点之一。而交通、公路、建筑、采矿等工程中都难以回避的边坡稳定性问题,则是岩土工程中的主要难点,频繁发生的山体滑坡事故严重影响人们的生活、更威胁着人们的生命。目前工程中多采用的还是建立在传统极限平衡法基础上的边坡稳定性分析方法,因为其计算比较简单、方便,但是这些方法不能考虑土体内部的应力应变关系,求解安全系数时需要假定滑移面的位置和形状,对于结构复杂、环境复杂的岩质边坡更是不能有效解决。随着计算机技术进步发展起来的多种常用数值分析方法,也只得到坡体内部的应力应变关系以及塑性区,不能得到滑移面、滑动过程以及相应的安全系数。岩石破裂过程分析软件RFPA2D自1995年以来发展到多种材料多个领域,均取得了不错的数值分析效果,但是对于边坡失稳方面的研究,一直未能得到很好的解决。因此,本文为进一步完善RFPA2D的功能、拓展其应用范围,也为边坡稳定性分析提供一种可行的数值试验研究方法和途径,主要进行了以下几项工作:1结合有限元强度折减法分析边坡稳定性的思想,运用岩土工程中常用的离心试验原理小比例尺模型物理试验的原理,针对以往RFPA2D采用外加载荷进行边坡稳定性分析的问题,提出了用离心试验原理改进RFPA2D进行数值试验的想法,即数值模型每个单元体按一定系数进行自重增加,直至破坏。使RFPA2D以往对边坡数值试验结果不理想的情况得以较大程度的改善的同时也为边坡稳定性分析以及其它岩土工程问题提供了一种新的数值研究思路。 2运用改进的RFPA2D版本——离心试验原理RFPA2D边坡版(RFPA2D-SLOPE)对离心试验原理数值试验方法进行正确性验证,首先对垂直边坡、倾斜边坡、含贯通与非贯通软弱结构面、单条与两条软弱结构面边坡对边坡破坏模式进行验证,然后用实际工程参数进行破坏模式和安全系数的验证,其中主要参考郑颖人院士使用有限元强度折减法计算时使用的数据并将计算结果与其进行对比。
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