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随着我国经济建设的蓬勃发展,水利、水运、交通和能源等基础设施建设也飞速发展。在这些基础建设中,常会遇到在软基上修筑路堤或边坡的情况。我国沿海地区、内陆湖泊和河流谷地分布着大量的软弱粘性土。软土地基的特点是含水量高、抗剪强度低、透水性差、固结慢,受荷后变形大,容易产生地基破坏和过大的沉降或不均匀沉降。并且填土中的侧向土压力,使地基面承受水平剪应力,导致堤身向两侧位移,很容易造成堤身失稳。如何保证这样的路堤或边坡的稳定性,称为目前急需解决的问题。
土坡稳定分析是土力学的经典课题。建立在极限平衡理论基础上的极限平衡法是工程上最早采用和最广泛应用的稳定性分析方法,人们对之已积累了丰富可靠的经验,但这一方面也存在需要进一步研究和完善的问题。
本文以路基边坡稳定性分析为主线,推导了边坡体破坏时满足静力平衡条件的力的平衡方程和力矩平衡方程,进而讨论了极限平衡法中强度参数的敏感性问题,并结合算例对各种极限平衡方法的计算精度进行了分析和比较。在分析边坡数值计算中涉及到的屈服与破坏准则基本特性的基础上,讨论了强度折减有限元法中各失稳判据的合理性,并进一步结合工程实例对极限平衡稳定分析方法与强度折减有限元稳定性分析方法进行了对比分析,全文主要包括以下几个方面的内容:
(1)对极限平衡法中关于边坡稳定性的基本假定、稳定性系数的定义、计算精度及局限性进行了分析;基于极限平衡法,分析了路基边坡土体重度、边坡坡角对强度参数敏感性的影响;并针对几个算例,采用各种极限平衡法进行了稳定性计算,对比分析了各种极限平衡法的适用范围和计算精度。
(2)对有限元方法分析边坡稳定性的优点及研究现状进行了总结;分析了强度折减有限元方法中常用的几个失稳判据,并对比分析了各个路基边坡失稳判据的适用性,并通过算例分析建议了实用的路基边坡失稳判据;分析了有限元计算中的非确定因素对稳定性分析的影响。
(3)结合工程实例,同时运用极限平衡法与强度折减有限元方法进行了对比分析,总结了极限平衡法与强度折减有限元方法进行边坡稳定性分析的优缺点。