考虑土体强度各向异性的边坡稳定性研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）考虑土体强度各向异性的边坡稳定性研究刘亚栋二〇一八年五月分类号:学校代号:11845UDC:密级:学号:2111509006广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）考虑土体强度各向异性的边坡稳定性研究刘亚栋指导教师姓名、职称:杨雪强教授学科(专业)或领域名称:土木工程学生所属学院:土木与交通工程学院论文答辩日期:2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)AnInvestigat

2、ionofSlopeStabilityConsideringStrengthAnisotropyinSoilsCandidate:LiuYadongSupervisor:Prof.YangXueqiangMay2018SchoolofCivilandTransportationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要目前，研究人员在边坡稳定性问题上通常视土体为各向同性介质，即岩土材料在各个方向上表现出相同的物理和力学性质。然而，土颗粒受重力影响下，长轴趋于水平方

3、向沉积和排列，这种排列会引起土的强度表现出不同程度的各向异性。此外，按照土体固结方向的抗剪强度指标来评价边坡的稳定性时，土试样受力状态与实际边坡坡体内的应力分布并不相符，有必要对此展开研究。本文从天然土体的各向异性特征出发，借助材料微观组构理论，建立了各向异性强度参数表达式，并在现有边坡稳定分析方法（极限平衡法和有限元强度折减法）的基础上，提出两种考虑强度各向异性影响的具体计算方法，对土质边坡进行一系列研究。以下为本文的主要研究内容和结果：1.详细介绍了土的各向异性强度理论，阐述了固有各向异性和应力诱发各向异性的产生机理。鉴于边坡稳定性的本质是土的强度问题，因此着重介绍了各向异性对强

4、度的影响。在组构张量和Mohr-Coulomb强度准则的基础上，参考前人定义的各向异性状态参数A，提出了考虑抗剪强度指标c和ϕ各向异性的表达式，并结合已有的试验结果验证了该公式拟合效果的有效性和优越性。2.相比于传统的Casagrande公式，本文基于组构张量理论建立的各向异性强度参数公式，通过合理选取各向异性状态参数A和A的幂次后，在拟合不同各向异性cϕ程度的抗剪强度参数方面具有更强的灵活性和适用性。3.将各向异性强度引入传统的边坡稳定极限平衡法，并结合算例对各种方法计算得到的结果进行了详细分析。通过与现有文献计算结果的比较，验证了本文所提方法的合理性，同时探讨了边坡坡角、软弱下卧

5、层及土体沉积面方位对各向异性边坡稳定性的影响。结果表明：土体强度的各向异性对缓坡安全系数的影响比对陡坡的影响大；考虑强度各向异性后，安全系数产生不同程度的降低,不同的软土埋深使边坡的破坏模式具有较大差异；土体沉积面逆倾时的边坡比顺倾时的边坡稳定性更好。4.为获取边坡初始状态下较为真实的应力场，在有限元法的基础上，分别采用重力荷载一次施加法和重力荷载分步施加法。考虑土体强度各向异性后，利用强度折减法对算例中的边坡进行数值模拟，所得结果与极限平衡法的结果相比较为接近，I广东工业大学硕士学位论文验证了本文有限元解法的合理性。5.通过对现有文献两则算例的详细解答，将本文所提考虑土体强度各向异

6、性的极限平衡法和有限元强度折减法分别应用于边坡稳定性分析，得出本文解与已有解的一致性较好，进一步验证了这两种解法的合理性和有效性。关键词：边坡稳定；极限平衡法；有限元强度折减法；强度各向异性；组构张量IIABSTRACTABSTRACTCurrently,researchersusuallyregardthesoilasanisotropicmediumonslopestability,thatis,geomaterialsshowthesamephysicalandmechanicalpropertiesinalldirections.However,affectedbygravi

7、ty,thelongaxesofsoilparticlestendtobedepositedandalignedinthehorizontaldirection,whichwillcausethesoilstrengthtoexhibitdifferentdegreesofanisotropy.Inaddition,whenassessingslopestabilityaccordingtotheshearstrengthindextestedfromco