基于三维DDA方法的类楔形体稳定性分析

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岩质边坡稳定性分析是工程建设中常见问题,如房屋建设开挖形成的切坡、水电工程库区的岸坡、道路的路堑边坡等,都涉及到岩质边坡稳定性问题。边坡工程中楔形体的破坏形式只考虑两个滑动面,而类楔形的底部未露出坡面,分析类楔形体的破坏形式需要考虑三个滑动面。运用传统方法如赤平投影法、极限平衡法等分析类楔形体的变形和位移存在一定的局限性,而三维DDA方法具有有限元法、离散单元法共有优势,同时为极限平衡法架起一座桥梁。本文运用三维DDA方法模拟类楔形体稳定性的安全系数,对研究各种不同类型的边坡工程及对其稳定性具有广泛的理论意义和应用价值。首先,总结回顾了代表性的楔形体稳定性计算方法。楔形体稳定性分析时可建立的静力平衡方程数小于楔形体未知物理量的数目,导致楔形体稳定性问题为超静定问题,已有方法通过引入不同的假设条件,将超静定问题向静定问题转化,以便求解楔形体的安全系数。因此,传统的楔形体稳定性计算方法不能很好的解决类楔形体稳定性分析问题。然后,对三维DDA基本原理进行介绍,将块体在多个时间步的小位移和小应变进行累积,获取变形块体经历长时间后的大位移和大变形,并通过罚函数法保证块体之间满足法向无相互嵌入,切向符合摩尔库伦定律的接触条件。运用三维DDA分析软件,编写相应的几何文件和物理文件,用楔形体模型、拱形体模型、砖墙体模型验证了三维DDA建模方法的有效性。接着,展开利用三维DDA方法分析类楔形体稳定性的研究。对接触对进行有效的筛选,得出类楔形三个面上的法向接触力和切向接触力,基于三维DDA方法计算类楔形体安全系数;并分析不同内摩擦角的情况下,类楔形体底结构面仰角和旋转角等因素的变化对安全系数产生的影响,并得出岩质边坡中类楔形体稳定性变化的规律。最后,以丰宁抽水蓄能电站一期工程的下水库左侧圆弧段边坡为工程实例进行应用。通过工程地质条件的介绍和边坡现状的监测,分析潜在失稳体滑动的可能性,得知块体的滑动破坏模式为类楔形体破坏,并运用三维DDA程序对圆弧段坡面的稳定性进行分析,三维DDA的计算结果显示岩质边坡坡面的变形趋势为NW方向,安全系数结果与工程前期简化计算结果相比偏大。
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