边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用

《边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第３０卷第４期长江科学院院报Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４２０１３年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＡｐｒ．２０１３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１３．０４．０１３２０１３，３０（０４）：５６－６１，８４边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用１１１２袁闻，徐青，陈胜宏，邬爱清（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉４３００７２；２．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉４３００１０）摘要：对于具有复杂空间几何特征和地质构造的实际工程边坡，在

2、进行稳定分析评价时，需对其进行三维分析。通过发展完善边坡稳定分析的三维极限平衡法程序ＣＯＲＥｌａｍ３Ｄ，可模拟真实的坡面、地质界面、地下水位面、滑动面等复杂空间曲面，可采用３种三维极限平衡分析方法对潜在的滑动面及其可能多个滑动方向进行分析计算，可分析水荷载、地震荷载、加锚等因素作用的影响。通过对瀑布沟库首右岸拉裂变形体的稳定性进行研究，说明了ＣＯＲＥｌａｍ３Ｄ的实用性和可靠性。关键词：边坡稳定分析；三维刚体极限平衡法；最危险滑动方向；坡面模拟中图分类号：Ｐ６４２．３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５４８５（２０１３）０４－００５６－０６本文基于

3、边坡二维极限平衡分析时常采用的Ｓｐｅｎｃｅｒ法、Ｓａｒｍａ法及剩余推力法，对其在三维条１研究背景件下的扩展方法进行探讨，发展完善了笔者所在团边坡稳定分析的方法大体上可分为定性分析和队开发的三维极限平衡法程序ＣＯＲＥ［８，１２－１３］定量分析２大类。在定量分析领域，极限平衡法凭ｌａｍ３Ｄ。程序可采用三维Ｓｐｅｎｃｅｒ法、三维借其简便和实用的优势占有重要地位。早期的极限Ｓａｒｍａ法和三维剩余推力法对实际工程边坡潜在的平衡法主要将边坡视为二维问题进行分析。经过数滑动面及多个滑动方向进行计算，并可考虑水荷载、十年的发展，边坡的二维极限平衡法已得到广泛使地震

4、荷载以及锚固力等因素的作用，对于坡面、地质用，并积累了丰富的工程实践经验。但是，越来越多界面、地下水位面和滑动面等复杂空间曲面，本文采的工程问题由于其复杂的空间几何形状和地质构造用了一种工程地质插值函数对其进行模拟。与其他而具有明显的三维效应，此时应对其进行三维稳定学者的研究成果相比，本文侧重于对边坡的地理信分析。有关边坡稳定三维极限平衡分析方法，已有息和荷载信息的模拟，并提供了多种计算方法，从而［１］众多学者进行了研究。国外学者曾有Ｈｏｖｌａｎｄ，实现实际工程边坡的三维稳定分析。［２］［３］［４］［５］Ｈｕｎｇｒ等，Ｃｈｅｎ等，ＺｈａｎｇＸｉｎｇ及

5、Ｌａｍ等等［６］进行过相关研究。国内陈祖煜等将二维Ｓｐｅｎｃｅｒ［７］２三维极限平衡分析方法法扩展到三维；李同录等基于二维Ｓａｒｍａ法的相［８］关假定，提出了三维Ｓａｒｍａ法；陈胜宏等对二维剩２．１一般化模型余推力法进行扩展，提出了三维剩余推力法。上述如图１（ａ）所示，将滑坡体置于整体坐标系ｏｘｙｚ这些方法多为满足３个或４个平衡条件的三维极限中。令ｚ轴铅直向上，ｘ轴与滑动方向一致，ｙ轴按ｚ［９］［１０］平衡法；在此之后，张均锋等及朱大勇等发展轴转向ｘ轴右手螺旋法则确定，ｘｏｚ平面为滑坡体的出了除绕铅垂方向的力矩平衡之外的，能满足５个主滑面。竖直条分滑

6、坡体成ｍ行ｎ列具有竖直界［１１］平衡条件的准严格三维极限平衡法；郑宏及朱大面的条块。平行于ｙｏｚ平面的界面称为行界面，平［１０］勇等提出了能满足６个平衡条件的严格三维极行于ｘｏｚ平面的界面称为列界面。限平衡法，这是边坡稳定的三维极限平衡分析领域ＣＯＲＥｌａｍ３Ｄ提供了三维Ｓｐｅｎｃｅｒ法、三维Ｓａｒｍａ的重大进步。法及三维剩余推力法３种方法，它们的条间力假定互收稿日期：２０１２－０２－１３；修回日期：２０１２－０３－２１作者简介：袁闻（１９８７－），男，江西抚州人，硕士研究生，主要从事水工结构及岩土工程的研究工作，（电话）０２７－６８７７５３３０（

7、电子信箱）ｙｕａｎｗｅｎｓｈｌ＠１６３．ｃｏｍ。通讯作者：徐青（１９６５－），女，江苏溧阳人，副教授，主要从事水工结构及岩土工程的研究工作，（电话）１５８２７１０９３６２（电子信箱）ｘｕｑｉｎｇ８２６３＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ。第４期袁闻等边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用５７不相同，其不考虑条间力的一般化模型的第ｉ行ｊ列２．２三维Ｓｐｅｎｃｅｒ法的（ｉ，ｊ）条块受力，示意图如图１（ｂ）所示。２００１年，陈祖煜、弥宏亮、汪小刚等人在总结前人工作的基础上，发展出了一个理论方法较严密，计算步骤相对简单，同时收敛性能较好的三维极限平［６］衡分析方法，

8、该方法可视为二维Ｓｐｅｎｃｅｒ法在三维上的扩展。其单个条块力学模型如图２（ａ）所示。图１一般化模型示意图Ｆｉ