反倾层状岩质边坡倾倒变形二维坡面效应研究

发布时间：2017-11-03 19:19

  本文关键词：反倾层状岩质边坡倾倒变形二维坡面效应研究

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【摘要】：边坡的坡面效应是客观存在的,广义的坡面效应包括纵剖面的不同形态与横剖面的不同形态,即三维的坡面形态效应。由于目前考虑三维坡面效应的理论与技术均较不完善,横剖面坡面效应的研究相对较多,而纵剖面坡面效应的研究相对较少,因此本文从纵剖面上的坡面效应进行了系统研究。主要从案例统计、理论推导、数值模拟(包括离散元变形演化和有限差分法应力场分析)、试验研究和工程应用5个方面进行了分析研究。主要取得以下几方面成果:(1)将自然界边坡分为:直线形坡、凹形坡、凸形坡、阶梯形坡,其中阶梯形坡为凹形坡和凸形坡组合形成。其坡角和坡面形态对应关系为:直线形坡:0 90°;凹形坡:0°180°;凸形坡:0°180°,(和分别为斜坡上、下段坡角)。(2)详细统计了13个不同坡面形态边坡的变形破坏特点,结果表明:不同坡面形态边坡的变形破坏模式与岩层倾角、坡角二者之和有较大关系。直线形坡倾倒变形主要起始于坡肩部位,易产生倾倒拉裂,并不断向下和深部发展;凹形坡倾倒变形主要发生在坡体上段,以崩塌破坏为主,倾倒变形主要集中在浅表层;凸形坡倾倒变形主要集中在凸出部位,可产生倾倒蠕滑、倾倒崩塌等破坏;阶梯形坡在凸点部位易产生压应力集中,可产生倾倒蠕滑、多级滑动。(3)对Aydan和Adhikary的反倾边坡稳定性计算方法和破裂面界定方法(其假定层间作用力为集中力)进行分析研究后,考虑层间作用力为分布力,修正了岩层破裂计算公式和累进弯折计算经验公式。通过实例计算分析,得出反倾边坡不同倾倒分区界限与计算迭代次数的大致取值关系。(4)应用上述理论对直线形、凹形、凸形边坡的稳定性进行了系统分析,结果表明:(1)在岩层倾角、坡角的之和小于90°时,岩层不易形成悬臂梁状态,斜坡处于稳定状态,大于90°时即可形成倾倒悬臂梁状态,则可发生倾倒变形,且值越大,悬臂长度越长,倾倒变形越易发生;(2)根据多次迭代计算所得弯折面,结合Aydan和Adhikary的倾倒计算基准面对不同坡面形态边坡的倾倒分区界限深度进行了分析研究。(5)采用UDEC离散元模拟了4类坡面形态,以不同岩层倾角与坡角的组合建立了36个模型,详细分析了各种坡面形态下,斜坡的变形破坏模式与变形破坏特点;根据凹形、凸形坡变坡点在不同坡高位置处,建立6个离散元模型,其变形破坏的区别。(6)采用FLAC有限差分法,根据4类不同坡面形态和凹、凸形坡变坡点处于不同高度位置,建立了18个模型,分析了不同坡面形态下反倾斜坡的应力分布特征。(7)通过底摩擦试验,对离散元模拟中典型的倾倒变形破坏进行验证分析,结果表明:直线形斜坡岩层倾角和坡角均较陡时,可发生深层倾倒变形,其折断面呈多级折断;凹形坡倾倒变形主要在坡体上段,折断面倾角与下段斜坡坡度接近,可产生倾倒崩塌或倾倒滑移;凸形坡在两段坡度均较陡时,易发生深层大规模倾倒变形。(8)为了验证本文结论的正确性,将上述计算方法和分析结果应用到黄河上游某水电站岸坡和苗尾水电站库岸区边坡进行对比分析,取得了较好的效果。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45

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本文编号：1137564