在边坡工程中,三维边坡加固是在其稳定性分析基础上发展起来的一个很重要的课题。在顶部荷载边坡中,其稳定性具有显著的空间效应,边坡失稳因周围土体约束的空间效应而呈现明显的三维特征,加固体的存在将进一步强化三维效应。本文以坡顶局部荷载下三维边坡为研究对象,采用模型试验的方法,深入研究不同坡面形态下三维边坡失稳机理和破坏机制,分析滑动面的特性。同时和三维边坡加固模型试验相比较,研究其加固体破坏机制和滑动面特征,分析坡面形态和加固体影响规律。试验成果对于阐明三维边坡失稳与加固机制具有重要意义。主要研究内容如下:1.采用模型试验对坡顶局部荷载下三维边坡/加固边坡的破坏机制和滑动面特征进行了详细研究。试验模型设计了45°坡角,考虑了坡面形态(凸坡、凹坡)的影响,通过坡顶加载板,触发边坡模型失稳破坏。利用砂层模型获取边坡内部破坏形式,找到临界滑动面位置。分析坡表面裂纹从产生、扩展直至破坏的全过程,测量了坡体内土压力。2.对不同坡面形态(凸坡、凹坡)的三维边坡模型,分别制定了抗滑桩加固方案,并采用与(1)相同的边坡模型进行了加固试验。探明了坡体内部破坏形式,滑动面位置,坡体破坏过程,测定了桩身应变、桩顶位移、坡体内土压力等一系列数据。3.针对坡顶局部荷载下三维边坡失稳室内模型试验,设计了砂层模型找寻边坡失稳滑动面;基于所得滑动面,采用软件进行拟合分析,进而研究滑动面的特性及滑动规律。4.抗滑桩加固模型试验结果表明:(1)凸坡、凹坡的破坏过程都是从加载板顶角处开始出现裂缝,并向桩后发展,最后都破坏到坡脚,抗滑桩被不断推出。(2)凸坡、凹坡加载力都在坡体达到极限承载力前上升很快,在达到峰值后都有明显回落,且在重新稳定平衡后出现再次上升的趋势。(3)凸坡、凹坡破坏后呈现明显的三维特征,拟合的滑动面都为平滑曲面。凸坡滑动面整体上为一圆弧状,但桩前、桩后有明显的梯度。凹坡滑动面呈现苹果状。凸坡滑动面深度大于凹坡。(4)凸坡、凹坡坡内土压力在整个加载过程中随加载力变化有很好的一致性。埋置深度越浅,应力响应越明显,埋置深度越深,应力响应不是特别一致。(5)抗滑桩桩身应变在凸坡、凹坡中表现出不同的变化情况。5.对前面所述的四组试验(凸坡、凹坡、凸坡加固、凹坡加固)进行了横向与纵向对比研究。研究表明:(1)不同的坡面形态是影响三维边坡稳定性以及边坡破坏后滑动面特性的一个很重要的因素,凹坡有着比凸坡更好的稳定性。(2)加载方式决定了边坡滑动面的形成过程以及坡体的破坏模式。(3)抗滑桩对三维边坡进行加固是可行的,特别是针对凸坡。(4)抗滑桩应用于不同坡面形态边坡的加固,其桩身受力是有很大差异的:加固凸坡主要是桩身上部受力,而加固凹坡主要是桩身下部受力。