基于优势面理论的岩质边坡稳定性分析与其工程应用

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1、三峡大学硕士学位论文三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：I三峡大学硕士学位论文1绪论1.1问题的提出边坡是地表的一种形态，坡地的侧面破体则称为边坡。地球在形成和发展的整个过程中，受到地球内应力和外应力的作用，其表面总是凹凸不平的，到处存在着或高或低的坡地及其边坡。边坡工程的研究，对人类的生产建设、

2、生存环境，都具有重大的意义。边坡的存在，在一定情况下，对工程建造有有利的一面，它能使建筑物错落有致，显得更加丰富多彩，一些宫殿和庙宇，以及许多纪念性的建筑物，坡地为其营造出一种庄严肃穆的气氛，南京中山陵就是利用坡地地形很好的典范。山城重庆，建筑物依山傍水，高低错落，高楼林立，无比绚丽壮观，但同时坡地也给工程带来了较大的困难，许多山地灾害及工程事故，均与边坡有关。在一些工程建设中，为了给人们创造一定的活动空间，经常需要挖山填壑，不仅使工程费用大增，还可能带来诸多隐患。近几年来，采矿、水利、交通和建筑等工程更加蓬勃发展，所形成的矿山边坡、大坝坝肩边坡、水库库岸边坡、铁路和公路的道路

3、边坡等规模之大、数量之多、环境之复杂、地质条件之复杂均是空前的，象长江三峡水利枢纽、南水北调工程和一些大型露天采矿工程等所涉及的边坡稳定性问题更是越来越突出。目前在工程规划、选址、建设和运行中，边坡工程已成为制约工程选点、施工进度、投资和安全运行的关键，所以对边坡进行科学而深入的研究，保证边坡的变形稳定，具有可观的经济效益和重要的社会效益。边坡稳定性分析是判断边坡是否失稳、是否需要加固及采取何种防护措施的主要依据，因此它是边坡工程中最基本最重要的问题，也是边坡工程设计与施工中最难和最迫切需要解决的问题之一。但是由于边坡地形地质条件复杂、岩土体力学性质不确定和周边环境模糊多变等因

4、素影响，要想准确地判断边坡的稳定性实非易事。尤其是对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性等不连续结构面(比如层面、节理、裂隙、软弱夹层、岩脉和断层破碎带等)，给岩质边坡的稳定分析带来了巨大的困难。因此，如何采用合理有效的方法进行边坡稳定分析也是非常关键的问题。许多边坡在陡倾角和几百米高的条件下是稳定的，而许多平缓边坡仅高几十米就破坏了。这种差异是因为岩石边坡的稳定性是随岩体中的结构面（诸如断层、节理、层面等）的倾角而变化的。如果这些结构面是直立的或水平的，就不会发生单纯的滑动，此时的边坡破坏将包括完整岩块的破坏以及沿某些结构面的滑动。另一方面，如果岩体所含的结

5、构面倾向于坡面，倾角又在30°~70°之间，就会发生简1三峡大学硕士学位论文单的滑动。因此，边坡变形与破坏的首要原因，在于坡体中存在各种形式的结构面。岩体的结构特征对边坡应力场的影响主要是由于岩体的不均一性和不连续性，而使沿结构面周边出现应力集中和应力阻滞现象。因此，它构成了边坡变形与破坏的控制性条件，从而形成不同类型的变形与破坏机制。而这些结构面中的一些结构面在时间、数量、性质和产状等方面具有优势，就成为控制边坡变形破坏的最危险的结构面。对边坡的优势结构面进行研究，有以下五个方面的作用。（1）判断和预测边坡变形模式和机制，以便建立相应的数学模型或选择正确的稳定性计算方法。例如

6、，当优势结构面组合构成楔形破坏时，显然是不能用平面破坏的理论去分析的。（2）根据优势面的产状，对边坡稳定性做快速判断。（3）按优势面位置选点测试岩体抗剪强度指标，其工程意义会更加明确，且可达到既快又好、省钱的目的。（4）优势面是边坡稳定性分区的主要标志。对深凹采坑深部边坡变形的预测也是一个主要依据。（5）边坡加固的原则和方案可根据优势面的特性和其组合变形机制得出，甚至可用之帮助具体边坡设计，如选择合适的边坡角等。因此，本文根据岩质边坡优势面的概念，以金川水电站边坡为例，研究了边坡稳定分析中的地质优势结构面、统计优势面以及罗氏优势结构面的概念和确定方法，在此基础上重点研究了工程优

7、势结构面与常规优势结构面的区别，分析并确定了工程优势结构面的确定方法。然后结合工程实例，分别根据罗氏优势结构面和工程优势结构面建立有限元分析模型，进行边坡有限元分析。接着分别根据罗氏优势结构面和工程优势结构面建立二维极限平衡模型，进行了极限平衡分析。分别从定量和定性的角度说明优势结构面理论对边坡稳定分析的指导意义和实用价值。1.2国内外研究现状1.2.1岩质边坡稳定性研究现状边坡稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容。随着数学方法的发展及计算机技术的进步，边坡稳定性分析方法也取得了一系列