黏土性边坡的应力及变形量分析

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1、黏土性边坡的应力及变形量分析200900406刘亚辉摘要：本文就岩土工程中土质边坡中的黏性土边坡在重力及均布压力和集中力作用下的应力及由应力产生的变形量进行分析。建立水平半空间无限体模型运用弹性力学的空间问题的解法来求出所受应力，并用土力学中的地基沉降理论确定其中未知量求出其铅直位移，后进行角度转化推广至非水平问题既是其变形量，根据变形量可以判断边坡的稳定，继而进行稳定性分析.关键词：黏土性边坡均布压力集中力应力变形量引言：边坡是指的是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。按地层岩性分类：可分为土质边坡和岩质边坡。而我们所要研究的是土质边坡的一种常见边坡——黏土性边

2、坡。黏性土边坡常用于渠道、土坝、基坑，是常见的而且运用较广的一种边坡类型，尤其在岩土工程中。边坡受力方式主要为均布力和集中力，在两种受力情况下会导致不同的应力情况和变形情况。一、受到重力和均布荷载作用下的变形计算把边坡建立成水平的半无限空间体模型进行分析设有半空间体，密度为，在水平边界上受均布压力q，如图1，以边界面为xy面，z轴铅直向下。这样，体力分量就是用位移法求解可得出所求在x，y，z方向的应力（1）得出铅直位移显然，最大的位移发生在边界上，既z=0并由此求出铅直位移（2）因为为半空间无限体在水平边界上的位移为零，故铅直位移就是所求的变形量。但问题又出来了，既然我们建立的模

3、型为半空间无限体，则（2）式中的h便为无限大，这样，所求式子便无意义。所以我们结合土力学的关于一些关于土的固结与压缩的知识进行分析。同样假设该边坡为水平边坡为半空间无限体，受重力和均布荷载。已知自重应力、附加应力和荷载的水平宽度（基础宽度）b，如图2图2具体方法为：（1）将地基分层，每层厚度或（2）计算附加应力分布（3）计算自重应力分布（4）我们研究的是黏性土故求出时的h值此时h即为公式（2）中所求h值。然后根据实验数据把具体数值代入即可得到我们要求的铅直位移。由此，我们可以求出在均布荷载情况下的此模型的应力和弹性形变。二、在边界上受法向集中力作用下的变形计算同样建立一个半空间体

4、模型，体力不计，在水平边界上只受发向集中F，如图（3）图3用弹性力学方法可求出其在z轴方向上的应力（3）由土的z轴方向上的应力和侧压力系数K可以求出在边界上的水平分力，同时可以把和看做最大主应力和最小主应力。同样，在水平边界上的应力可忽略不计，设任意一点的沉降为（4）我们求的是边界上任意点处的沉陷所以（5）对于建立的半空间无限大模型而言其受力为F时在受力点时，由式（5）可知沉陷量应为无穷大，很显然实际上不可能是无限大！由于是模型，有很多假设，这些假设在现实中不可能成立，所以，不可能是无限大。由应力式（3）可知所在离集中力远的地方应力非常小，在离集中力处应力相应的大。所以同样可以看

5、出沉陷量与的关系。以上我们研究的是在水平方向上的边坡模型，而在现实中，没有边坡是水平，边坡都有一定的坡度，而在相应坡度上的压缩量，和这些压缩所能产生破坏，才是我们应该研究的！三、在半空间无限体模型为与水平方向有一定夹角设坡角为，则重力所产生的法向分力同时，再受均布荷载时q时，在边界上的法向位移为在忽略竖直方向的压缩量时（在实际中不应忽略，但由于水平所限，只能求得理想情况）既为黏土边坡的压缩量。再受集中力作用下由于同样是法向所以所以边界的沉降量应与水平时相同（忽略有重力造成的竖直方向的），为求出由外力产生的形变位移，根据压缩量和剪切破坏，判断边坡的稳定性。四、边坡破坏的地质破坏由于

6、我们研究的法向应力作用下的破坏，可以求出的法向应力在边坡上求出最大主应力和最小主应力，由于是黏性土，设为正常固结可以求出其剪切力如果小于其所能承受的最大剪应力，该边坡是稳定的；而当时，会产生剪切破坏。边坡还是稳定土体的一种挡土建筑物，其作用还能挡住墙后的填土并承担来自填土侧向的压力，就是所谓的承受土压力。在这种情况下，可以把来自填土的压力看成是外力的一种，只是方向相反，所以我们推出的公式依然适用，只需把土压力看成重力的一种，按重力地方法来进行计算即可，这里不再过多讨论。参考文献：[1]卢廷浩.高等土力学[M].北京：机械工业出报社，2006[2]蔡中林黄临平.弹性流变力学[M]北

7、京：原子能出版社，2005[3]李仲春.水利水电工程地质论文集[M]河南：黄河水利出版社，2004[4]孙广忠.工程地质与地质工程[M]北京：地震出版社，1993[5]徐芝纶.弹性力学简明教程.北京：高等教育出版社，2002Clayofslopestressanddeformationanalysis200900406LiuYahuiAbstract:Thisarticleonthegeotechnicalengineeringsoilslopeofcohesivesoilslo