改进的斜坡三维极限平衡法研究及应用
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摘要
我国是一个滑坡灾害频发的国家，滑坡灾害给建筑设施、水利工程、铁路工程、公路等带来严重损失。建立在Mohr-Coulomb屈服准则与静力平衡基础上的二维极限平衡法，是国内外分析边坡稳定性最常用的方法，二维极限平衡法假设边坡处于平面应变状态，只用有限数量的二维剖面代替真实的三维空间滑体进行稳定性分析，忽略了横向边界的影响，计算结果过于保守。三维极限平衡法则考虑了滑裂面侧面的阻滑力，其结果更能反应实际情况。本文在研究已有三维极限平衡法的基础上,提出了一种改进的新方法，同时将本文方法应用到两个工程实例中。论文主要就以下几个方面进行了深入研究并取得了相应的成果：
1.同时考虑了条间作用力和底滑面剪切力的方向对边坡稳定性的影响,假定作用在底滑面的剪切力与主滑方向的夹角，该夹角可用分布函数表示，不同的分布函数能反映出滑面的不对称性，同时假定条柱的分界面处于极限平衡状态。根据每个条柱在空间三个方向的静力平衡条件,推导出边坡稳定系数的计算公式。
2.根据改进的三维极限平衡法的基本原理，采用VC++语言自行开发了可视化的计算机程序，实现了计算斜坡稳定性的三维极限平衡法。该程序可方便地计算出滑坡的安全系数、各条块的滑动力与抗滑力，实现了改进的三维极限平衡法、Janbu法、Sarma法的程序计算。
3.以九子崩塌堆积体和茅坪滑坡为工程分析实例，应用改进三维极限平衡法进行稳定性分析。并将其计算结果与二维极限平衡法、二维有限元法、三维有限差分法的计算结果进行对比，结果表明本文中的方法具有一定的可行性和实用性。
4.采用改进三维极限平衡法、三维Sarma法和三维Janbu法计算出斜坡不同剖面处的水平滑动力和抗滑力，为防护治理措施提供依据。计算结果表明，横剖面的水平滑动力和抗滑力呈现两边小，中间大的分布。
Landslide disasters happen in China frequently. Landslide brings about seriouslosses to building facilities, water conservancy project, railway engineering and road,etc. Two-dimensional limit equilibrium method, which based on Mohr-Coulomb yieldcriterion and static equilibrium, is the most commonly used method in analysis ofslope stability at home and abroad. Assume that the slope is in a plane strain state,two-dimensional limit equilibrium method uses a limited amount of two-dimensionalprofile to replace the real three-dimensional sliding mass for stability analysis.Because two-dimensional limit equilibrium method ignores the horizontal boundaries,the calculations are so conservative. Three-dimensional limit equilibrium method canconsider the friction resistance of the slip surface flank, so the results reflect thepractical situation of sliding mass. Based on the existing study of three-dimensionallimit equilibrium method, this thesis put forward a new improvement method andapplied to two engineering projects. The main aspects of research and conclusions inthis thesis are as follows:
1. Meanwhile consider the impact on slope stability by the inter-atomic forces andthe orientation of bottom sliding surface shear force. Assume that the included angleof the shear force of bottom sliding surface and main sliding direction can beexpressed by using assumed distribution function. Different distribution functions canreflect the asymmetry of the sliding surface. Assumed that the column interface is inthe limit equilibrium state, the calculation formula of slope safety factor can bededuced based on three-dimensional static equilibrium conditions of each column.
2. Based on the basic theory of the improvement three-dimensional limitequilibrium method, use VC++language to self work out the visualization applicationprogram, and realize to calculate three-dimensional limit equilibrium method of slope stability. The program can calculate easily the slope safety factor and the sliding forceand resistance of the strips, and realize the program calculation of improvementthree-dimensional limit equilibrium method, Janbu method and Sarma method.
3. According to the engineering projects of Jiuzi collapse deposit and Mao-pinglandslide, engineering stability were analyzed with improvement three-dimensionallimit equilibrium method. The result of calculation was contrasted withtwo-dimensional limit equilibrium method, two-dimensional finite element methodand three-dimensional finite difference method, the compare results showed that themethod in this paper was feasible and practical. After contrasting of two-dimensionaland three-dimensional calculation result, the impact of slope stability calculated bytwo different methods was discussed. Slope slide force and sliding resistance werestudied in this thesis, the result provided the basis of protection and managementmeasures.
4. Apply the improvement three-dimensional limit equilibrium method, Janbumethod and Sarma method to calculate the horizontal sliding force and slidingresistance of the slope different profiles, and provide the basis for protective measures.The calculation results showed that the horizontal sliding force and sliding resistanceof the cross section appeared the distribution law of being small on both sides and bigin the middle.
1.同时考虑了条间作用力和底滑面剪切力的方向对边坡稳定性的影响,假定作用在底滑面的剪切力与主滑方向的夹角，该夹角可用分布函数表示，不同的分布函数能反映出滑面的不对称性，同时假定条柱的分界面处于极限平衡状态。根据每个条柱在空间三个方向的静力平衡条件,推导出边坡稳定系数的计算公式。
2.根据改进的三维极限平衡法的基本原理，采用VC++语言自行开发了可视化的计算机程序，实现了计算斜坡稳定性的三维极限平衡法。该程序可方便地计算出滑坡的安全系数、各条块的滑动力与抗滑力，实现了改进的三维极限平衡法、Janbu法、Sarma法的程序计算。
3.以九子崩塌堆积体和茅坪滑坡为工程分析实例，应用改进三维极限平衡法进行稳定性分析。并将其计算结果与二维极限平衡法、二维有限元法、三维有限差分法的计算结果进行对比，结果表明本文中的方法具有一定的可行性和实用性。
4.采用改进三维极限平衡法、三维Sarma法和三维Janbu法计算出斜坡不同剖面处的水平滑动力和抗滑力，为防护治理措施提供依据。计算结果表明，横剖面的水平滑动力和抗滑力呈现两边小，中间大的分布。
Landslide disasters happen in China frequently. Landslide brings about seriouslosses to building facilities, water conservancy project, railway engineering and road,etc. Two-dimensional limit equilibrium method, which based on Mohr-Coulomb yieldcriterion and static equilibrium, is the most commonly used method in analysis ofslope stability at home and abroad. Assume that the slope is in a plane strain state,two-dimensional limit equilibrium method uses a limited amount of two-dimensionalprofile to replace the real three-dimensional sliding mass for stability analysis.Because two-dimensional limit equilibrium method ignores the horizontal boundaries,the calculations are so conservative. Three-dimensional limit equilibrium method canconsider the friction resistance of the slip surface flank, so the results reflect thepractical situation of sliding mass. Based on the existing study of three-dimensionallimit equilibrium method, this thesis put forward a new improvement method andapplied to two engineering projects. The main aspects of research and conclusions inthis thesis are as follows:
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引文
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