基于应变软化理论的顺层边坡失稳机理及局部破坏范围研究

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含泥化夹层缓倾角(岩层倾角<35。)顺层路堑边坡具有局部破坏现象,存在渐进性失稳机理,但该理论一直缺少深入的理论支撑。渐进性破坏理论一般源于岩土材料的应变软化效应。本文从层间泥化夹层的应变软化效应研究入手,结合应变软化接触单元本构模型的数值实现,建立含层间应变软化效应的顺层边坡接触元模型,对顺层边坡的失稳机理及首段局部破坏范围进行深入的研究。研究过程综合采用资料统计、室内试验、数值计算、理论分析、现场监测,及现场调研等多种手段,完成的主要研究内容包括以下几方面:(1)通过不同类型多组泥化夹层试样的反复剪剪切试验,对泥化夹层应变软化剪切强度参数进行系统研究。基于三线型剪切强度衰减模型,提出了塑性剪切位移(Lp)概念,并对该值的取值方法进行深入探讨,且据此建立了规范化的泥化夹层应变软化试验方法及步骤。(2)通过泥岩类泥化夹层的剪切流变试验,对泥化夹层剪切强度的时间效应进行了深入研究,研究发现泥化夹层的长期强度具有时间软化/硬化的复合变化特征,该特征与其所受的恒载剪应力及法向应力特征有关。(3)利用有限差分法(FLAC)程序语言,对接触单元的应变软化本构模型实现方法进行研究。通过含有应变软化接触单元的直剪实验数值模拟,对应变软化接触单元本构模型的有效性进行验证分析。试验表明,直剪过程存在渐进性破坏特征,且接触单元强度参数的演化对剪切应力-位移关系曲线产生线性影响,建立的应变软化接触单元本构模型合理有效。(4)将应变软化接触单元本构模型引入至顺层边坡力学行为分析中,对应变软化接触单元对顺层边坡层间应力特征的响应过程,及应变软化效应的链式传递特征进行深入研究。结合力学行为分析结果,对顺层边坡的渐进性破坏过程进行深入探讨,提炼出顺层边坡的渐进性破坏失稳机理。(5)采用数理统计法,对影响顺层边坡首段局部破坏范围的岩层倾角、层厚、坡长、峰值摩擦角、残余摩擦角、峰值粘聚力、残余粘聚力、塑性剪切位移等参数因子进行敏感度分析,并进行各主要因子与局部破坏范围值相关性的回归分析。基于数理统计分析结果、考虑泥化夹层极限应变软化特征,结合国内38个现场调研的已破坏顺层边坡数据样本的修正,建立了顺层边坡首段局部破坏范围计算公式及计算步骤,计算公式如下:Ljjx=5.75α+3.86d一9.06φp一3.81Cp+101.16(6)通过对巴东车站顺层边坡、重庆湘渝高速顺层滑坡及四川简阳雷打石顺层滑坡3个典型工程实例的综合分析,对本文所建立的顺层边坡首段局部破坏范围计算公式进行验证。结果表明,本文建立的理论公式计算结果合理可靠,能够满足工程应用。
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