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水工设计工作的实践积累和教训告诉我们:工程总体方案布置的合理性远胜于单个部位的详尽构思。用事实强调了体系的关联性、方法论的重要性,也强调了重视机理分析和分析方法的必要性。 水工岩质高边坡的变形与稳定问题是水电工程设计中的重点问题之一。岩体变形机理、岩体卸荷问题、岩体水力效应和稳定评价方法,既是边坡工程设计和稳定评价所需考虑的重点问题,也是影响工程边坡设计理念、经济指标与安全运行的理论瓶颈,对于工程边坡的设计和运行具有重要意义。 论文结合岩体结构力学、卸荷岩体力学、岩体水力学和边坡评价方法的基本理念或理论基础,以机理分析为研究主旨,系统研究了以岩体赋存环境为分析基础、岩体结构为变形控制因素、卸荷效应为破坏推进因素的工程边坡变形机理;在研究应力影响岩体变形的基础上,对影响计算结果的屈服准则、计算参数和初始场评价方法等关键问题做了对比研究;在研究水岩耦合作用影响边坡变形与渗流场分布的基础上,开展了单裂隙渗流耦合模型和非达西渗流的理论研究;结合岩体结构特征和岩体变形机理,研究了极限平衡法和数值分析法分析工程边坡的优缺点和适应性。 论文的主要认识和主要成果下: (1)从岩体赋存环境入手,分析了地应力和地下水对于工程岩体应力状态和结构特征的影响;在分析岩体结构控稳定机理的基础上,研究了结构面演化机制对于边坡变形破坏的影响;依托工程边坡典型地质模型,分析了造成或影响边坡破坏的边坡结构和诱发因素。 (2)从应力释放入手,分析了自然卸荷和开挖卸荷的影响因素和形成机理;从应力状态入手,研究了开挖卸荷的形成机制和工程危害;以各向异性、尺寸效应和蠕变试验的结果为基础,阐述了卸荷岩体的力学特性和蠕变特征对于卸荷效应的影响;基于数值模拟方法研究了开挖卸荷分区的计算与安全评价方法。 (3)从地下水水力效应入手,分析了地下水影响或改变岩体力学性能和结构特征的基本形式;在水岩耦合机理分析的基础上,推导了变荷载条件下似双重介质单裂隙渗流耦合模型;在考虑岩体结构特征和偏流效应的基础上,对比研究了非达西渗流对于宽裂隙、高强外水压力作用下岩体渗流的影响;结合水力效应影响水工边坡的作用形式,研究了渗透作用影响工程边坡变形与稳定的作用机理。 (4)从应力分析入手,分析了屈服准则对于理想弹塑性模型计算岩体屈服破坏的重要性,指出了M-C准则、D-P准则和H-B准则的优缺点;从协调变形入手、分析了计算参数的关联性及其对于岩体变形破坏的影响,在肯定岩体结构力学差异性特征的基础上、提出了突出研究重点和简化参数输入的参数等效计算方法;从分析计算步骤入手,提出了评价和分析初始场合理性的指标和方法;从分析滑体变形破坏模式入手,得出了极限平衡法适应于均质性较强的工程边坡和滑面位置决定安全系数合理性的应用结论;从岩体变形协调性入手,得出了强度折减法存在忽略岩体参数关联性的理论缺陷和重力加载法可用于分析倾角大于45°的复杂边坡的结论。