边坡稳定性严格三维极限平衡法研究

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作为滑坡整治的基石,边坡稳定性分析就显得重中之重。根据Mohr-Coulomb屈服原则,目前极限平衡分析方法已经得到了许多研究者的推广和使用,尽管二维极限平衡法理论体系已日益完善,不过因为其不考虑边界效应,把边坡问题近似地简化为平面应变问题考虑,与实际情况相比,计算结果仍不够有说服力。边坡稳定性分析属于空间问题,应作为三维问题来分析,这样在建模和受力分析方面更符合实际情况,但由于三维建模和计算过程复杂,为了获得解,通常需要引入很多假设,同时只能满足部分平衡方程,这样计算出来的结果具有一定的局限性和不完善性。本文在前人研究成果的基础上,建立了一种严格三维极限平衡法,弥补了传统方法的不足,通过两个实例的计算验证了其可行性和准确性。通过以上工作的开展获得了以下主要研究成果:1)基于极限平衡方法理论,建立了一种严格三维极限平衡法的计算模型,该模型满足12个平衡方程,分别为关于边坡整体的沿x、y、z轴方向的3个静力平衡方程和绕x、y、z轴的3个力矩平衡方程,以及关于微条柱的沿x、y、z轴方向的3个静力平衡方程和绕x、y、z轴的3个力矩平衡方程。该计算模型严格满足了极限平衡状态下边坡整体和局部的所有稳定性要求。2)引入了修正系数λ1、λ2、λ3对微条柱侧面及底面上的剪力作用方向进行调整、系数λ修正侧面上力的作用点、以及微条柱侧边及底边稳定系数的倒数f1、f2、f3,将之与关于微条柱的6个平衡方程相结合,得到微条柱底面法向力d Nz的表达式,将其代入边坡整体平衡的6个平衡方程中,建立了稳定系数静定可解的具有二重积分的非线性方程组。3)采用龙贝格-自适应数值积分公式将所建方程组中的二重积分方程化为数值积分方程;通过蒙特-卡洛算法对数值化后的方程组进行抽样取值,在满足精度条件下实现了方程组的求解。4)根据本方法的基本原理,通过matlab软件将模型程序化,并结合2个工程案例,再经过与其它传统方法计算结果的比较与分析,进一步证实了本章方法的实用性与精确性。5)探讨了各修正系数对边坡稳定系数的影响,通过控制变量法,作出变化曲线图,结合其变化规律确定了各修正系数对边坡稳定系数的影响程度。
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