路堑高边坡的稳定性分析与开挖支护数值模拟

论文摘要

广西百色至隆林高速公路是国家高速公路规划网-“7918”网中汕昆高速的重要组成部分,也是广西“4纵6横”高速公路网规划中贺州至隆林公路的重要路段。目前,在该山区高速公路的建设中,出现了大量的深挖路堑高边坡,其稳定性将直接影响工程的进度与安全,也是确保降低工程建设费用的重要环节。一般而言,边坡稳定性包括开挖阶段的稳定性和成坡后的长期稳定性,因而开展对高边坡开挖后的稳定性分析与开挖支护过程研究具有极其重要的意义。本文以广西百色至隆林高速公路K146+160-K146+440路段路堑高边坡工程为依托,系统地研究了该高边坡的稳定性,具体内容如下:（1）从边坡的影响因素及可能的破坏模式两方面入手,对典型边坡断面K146+300的稳定性进行了定性分析;（2）采用基于GSI法的广义Hoek-Brown准则确定边坡主要岩体力学参数,为边坡的定量评价提供了依据。（3）根据确定的力学参数,运用极限平衡法以及基于FLAC2D的强度折减法,对边坡典型断面的稳定性进行了确定性分析,并采取了相应的支护加固措施。（4）在敏感性分析的基础上选取可靠性分析的随机变量,然后通过采用蒙特卡罗模拟法,对边坡典型断面K146+300进行了稳定可靠性分析。（5）采用三维快速拉格朗日法对高边坡的开挖支护过程进行了数值模拟,研究了复杂地质条件下高边坡的开挖变形形态、应力状态,分析了最大剪应变增量以及塑性区的分布,并计算了三维边坡的安全系数,为工程施工提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究历史与现状
• 1.2.1 边坡稳定性分析方法
• 1.2.1.1 定性分析方法
• 1.2.1.2 定量分析方法
• 1.2.1.3 不确定性分析方法
• 1.2.2 边坡变形及破坏机理
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 第二章 高边坡稳定性影响因素及破坏模式研究
• 2.1 高边坡稳定性影响因素
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地层岩性及风化作用
• 2.1.3 地质构造
• 2.1.4 地震
• 2.1.5 水文地质条件
• 2.1.6 人类工程活动
• 2.2 边坡变形破坏模式
• 2.2.1 岩体结构
• 2.2.2 边坡变形破坏模式分析
• 2.3 小结
• 第三章 基于Hoek-Brown 准则选取边坡岩体参数
• 3.1 Hoek-Brown 准则发展历史
• 3.2 基于 GSI 法的广义 Hoek-Brown 准则
• 3.3 Hoek-Brown 准则中经验参数的确定
• i、σ_ci 的确定'>3.3.1 m_i、σ_ci的确定
• 3.3.2 GSI 的确定
• 3.3.3 扰动系数D 的确定
• 3.4 Hoek-Brown 参数与Mohr-Coulomb 参数的转换
• 3.4.1 瞬时Mohr-Coulomb 强度参数的确定
• 3.4.2 等效Mohr-Coulomb 强度参数的确定
• 3.5 变形模量的确定
• 3.6 研究区高边坡岩土体参数的确定
• 3.6.1 Hoek-Brown 准则选取边坡岩体参数
• 3.6.2 研究区边坡其它层位岩土体参数的确定
• 3.7 小结
• 第四章 路堑高边坡的稳定性分析与支护研究
• 4.1 刚体极限平衡法介绍
• 4.1.1 基于Mohr-Coulomb 准则的简化Bishop 法
• 4.1.2 基于非线性Hoek-Brown 准则的简化Bishop 法
• 4.1.3 Slide 软件简介
• 4.2 基于FLAC2D 的强度折减法
• 4.2.1 FLAC 简介
• 4.2.2 强度折减法
• 4.2.2.1 原理
• 4.2.2.2 边坡失稳判据
• 4.3 开挖边坡稳定性验算
• 4.3.1 极限平衡法
• 4.3.1.1 计算模型、参数及分析方法
• 4.3.1.2 计算简图与计算结果
• 4.3.2 强度折减法计算结果
• 4.4 边坡支护结构设计
• 4.4.1 加固边坡安全系数的计算
• 4.4.2 边坡所需锚固力的计算
• 4.4.3 锚杆（索）的设计
• 4.4.3.1 左侧边坡
• 4.4.3.2 右侧边坡
• 4.4.4 边坡支护后的稳定性验算
• 4.4.4.1 极限平衡法稳定性验算结果
• 4.4.4.2 强度折减法验算结果
• 4.5 小结
• 第五章 高边坡稳定可靠性分析
• 5.1 边坡敏感性分析
• 5.1.1 敏感性分析理论
• 5.1.2 敏感性分析中影响因子的选择
• 5.1.3 敏感性分析结果
• 5.2 边坡可靠性分析
• 5.2.1 可靠性、可靠度的概念
• 5.2.2 极限状态方程
• 5.2.3 蒙特卡罗模拟法
• 5.2.4 本区边坡可靠性分析
• 5.3 小结
• 第六章 路堑高边坡开挖支护的FLAC3D 数值模拟
• 6.1 FLAC3D 软件介绍
• 6.1.1 FLAC3D 基本原理
• 6.1.1.1 空间导数的有限差分近似
• 6.1.1.2 运动方程
• 6.1.1.3 应变、应力及节点不平衡力
• 6.1.1.4 阻尼力
• 6.1.1.5 计算循环
• 6.1.2 本构模型
• 6.1.2.1 岩土本构模型
• 6.1.2.2 摩尔－库仑模型
• 6.1.3 结构单元
• 6.1.3.1 锚索单元
• 6.1.3.2 结构单元的连接
• 6.2 高边坡开挖支护的FLAC3D 数值模拟
• 6.2.1 数值模型的建立
• 6.2.2 材料参数及边界条件
• 6.2.3 天然边坡的初始应力场
• 6.2.4 无支护条件下边坡逐级开挖数值模拟
• 6.2.5 适时支护条件下边坡逐级开挖数值模拟
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B（攻读学位期间参与课题目录）