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原文传递用于三维复杂土坡稳定性分析的滑动面搜索新方法

论文题名：	用于三维复杂土坡稳定性分析的滑动面搜索新方法
关键词：	铁路工程;线路构造;边坡防护;稳定性分析
摘要：	本文提出利用随机角来生成随机滑动面的一种新方法,通过研究随机曲线的生成规律,将二维随机滑动面的搜索简化成不同角度和竖直土条划分相结合而生成的近似曲线的搜索。针对新方法在边坡坡面外形复杂、各种层状的非均质土层和水参与下遇到的一些不同情况采取了一些基本方案(包括整体稳定性和局部稳定性),并将滑动面搜索新方法应用于均质土坡、分层土坡和稳定渗流作用下的土坡稳定性分析。然后,在考虑边坡几何外形、土层参数和边坡水位变化三种情况时,对边坡可能存在的局部稳定性进行了研究。为了拓展二维滑动面搜索新方法的应用,将单一曲线滑动面进行改进,提出了多段曲线滑动面搜索新方法并将应用于分层土坡中;提出了折线滑动面搜索新方法并将其应用于坡面外形复杂的土坡。通过以单一曲线滑动面搜索新方法为基础,提出了由母线和准线生成三维任意滑动面的新方法,并就工程上滑动体非对称情况(包括准线不对称和长度不对称)、母线不在滑动体内沿滑动方向断面尺寸最大的面上、土坡含软弱夹层的情况,提出了解决措施,将其应用于三维简单均质土坡和工程上常见的填挖方复合土坡、水平分层填方路堤、公路纵断面为平斜坡的土坡和含软弱夹层的土坡这四种复杂土坡算例中。通过对比计算与分析,获得了如下研究成果：　　 (1)通过各种实例对比与分析,可得出新方法在均质土坡、分层土坡或有稳定渗流作用下的土坡中(包括边坡的整体稳定性或局部稳定性),计算出的安全系数与以往研究成果颇为接近,但得到的最危险滑动面与实际情况更为相符,因而可说明新方法的可行性。　　 (2)稳定渗流作用下土坡的稳定性分析中,以非圆弧滑动面计算得到的结果较以圆弧滑动面得到的结果更为可靠,随着土坡坡内地下水位的升高,计算出的安全系数急剧下降,因而渗流效应会成为边坡发生失稳的一个重要因素。　　 (3)在土坡的整体稳定性和局部稳定性中,边坡的几何外形、土层之间的差异、坡内外水位及土层的材料参数y、c和φ的变化对土坡可能出现的局部失稳影响较大,但是φ与c的无量纲之比的减小可能使土坡转为整体稳定性。　　 (4)在分层土坡中,计算出的安全系数以分段曲线滑动面方法最小,其次是单一曲线滑动面方法,圆弧滑动面方法最大。而从得到的临界滑动面的结果来看,当土层间材料物理性质相差较大时,其滑动面表现为非圆弧性,且各土层间的滑动面也不完全一致,可说明分段曲线滑动面新方法能够得到更接近于实际情况的最危险滑动面。　　 (5)对三维土坡问题进行研究,可知:①在同一土坡中,土坡的三维稳定性高于二维稳定性性;②当填挖边坡上填方段和挖方段的材料不一致时,更容易在抗滑稳定性差的材料处发生失稳,但在填方段和挖方段的材料重度),相同时,两种材料的φ/c是否相等在一定程度上对滑动体的对称性和大小有影响;③对于公路纵断面为平斜坡的土坡,其潜在最危险滑动面更倾向于平坡段,斜坡对边坡的稳定有一定的积极影响;④在含软弱夹层的土坡中,当滑动体的长度无限长时,其三维稳定性趋于二维稳定性。　　本文创新点如下：①本文方法较新颖,不仅能够适用于土坡的二维和三维稳定性分析,而且能够较容易地在计算机上编程实现安全系数的计算和滑动面图形的绘制；②用本文新方法通过实例分析讨论了含软弱夹层土坡的滑动面型式选择(软弱夹层的存在对滑动面型式的选择有影响),得到了其滑动面的一般模式；③考虑渗流效应时,将竖直土条视为三种划分情况,并分别进行受力分析,推导出简化Janbu法中土条的浮力和渗透力计算公式。
作者：	邓东平
专业：	道路与铁道工程
导师：	李亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文