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原文传递考虑岩体流变特性的边坡滑面搜索方法及边坡稳定性分析的研究

论文题名：	考虑岩体流变特性的边坡滑面搜索方法及边坡稳定性分析的研究
关键词：	边坡;稳定性;流变;结构面;Dijkstra算法;粘弹塑性有限元;稳定系数
摘要：	含有结构面的岩质边坡是自然界中最为常见的边坡,其稳定性问题广为关注,对于含有结构面的边坡岩体而言,其特征决定了边坡的安全和稳定性,而结构面的变形是存在时效的,作者根据这些特点在论文中总结了前人的一些方法,并就此提出了自己的观点和解决该类问题的具体路径.整个边坡中岩层滑面或滑动带与整个边坡中岩石介质对边坡稳定的影响程度是完全不同的,因而研究滑动带的强度和变形发展是研究边坡稳定性的关键.在有限元分析中,由于在整个滑动带中结构面的变形不是一次全部完成的,它具有"时效"因而对于含有结构面的岩质边坡的稳定性而言,结构面起绝对作用,因而计算中不能和岩石一起平均考虑.作者提出在结构面中滑动带的形成时,可以利用粘弹塑性有限元计算结果,通过组合优化理论在单一结构面或结构面的组合中寻找潜在的最危滑面,而不是通常意义上的将滑面人为的假定.运用组合优化方法中的Dijkstra算法寻求出最"短"即最"危"路径,以此确定出最危险滑面.这个路径的起点和终点可以根据有限元计算中结构面单元中的应力、应变或位移最大点来确定,也可以任意假定多个起始点来进行搜索计算确定,最终获得最可能的破裂面和最小的边坡稳定系数Fs,作者在有关算例和实际工程中加以实现.在搜索滑面的过程中针对目前都是以应力准则为依据的边坡分析方法,文中提出了自己的改进方法,对于Hoek等提出的利用点安全因子判别岩体破坏的准则进一步讨论,提出可以以结构面单元的应变或应变能作为搜索判别的最佳依据,最终确定可能的最危滑面Fs值,并在算例中通过对比计算分析,得出了若考虑结构面的流变特性,用应变做为安全因子得出的解将是最能反应实际的稳定性规律.根据计算结果分析,对于存在结构面的边坡而言,稳定系数是一个随时间变化的函数,只有在考虑"时效"的前提下得出的Fs值才是工程上可以使用的稳定系数.在计算中,初始状态确定后得出的Fs<,始>与考虑时效后(流变计算收敛后)计算得出的Fs<,终>是一个递减值,可以通过它们之比来看出"流变"对边坡稳定的影响程度.这种变化影响采用剪切应变作为安全因子判断时规律最为明显.通过采用粘弹塑性有限元程序(VPGold)结合组合优化理论中的Dijkstra最短路径算法及搜索程序(ComOpt),文中对国家重点工程德兴铜矿大山村选矿厂高边坡的典型断面进行了计算,并与规范中推荐的静力平衡方法及其他计算方法、岩体试验参数和现场监测数据进行了对比分析,计算得出该边坡的长期最小稳定系数,并对该工程的长期稳定性即考虑时间效应后的稳定性作出了评价.充分验证了作者提出观点的可行性和合理性.作者最后提出对于该类方法的进一步工作目标,即若在计算过程中,直接结合结构面的室内流变的试验参数,特别是结构面"容许应变"值,并考虑结合目前各类流变计算模型研究成果,那么此方法的精确程度将得到进一步的提高和完善.
作者：	张雷
专业：	结构工程
导师：	冯紫良
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文