1、2017届本科毕业论文边坡破坏过程模拟学 院 土木工程学院 专业班级 13 地质班 学 号 13201070136 学生姓名 樊 凌 川 指导教师 沈 华 章 提交日期 2017 年 6 月 5 日 边坡破坏过程模拟摘要边坡稳定性的评价对于地质灾害防治具有重要意义。本文比较了极限平衡法、强度折减法、极限分析法三种方法计算边坡稳定性及其数值分析。结合大量滑坡实例，分析边坡破坏的几种形式，总结出边坡稳定性评价准则；基于边坡稳定性计算方法的综合性分析，采用强度折减法，通过算例计算分析，证明该法是边坡稳定性分析的有效方法之一。关键词 ： 强度折减法；滑坡；破坏模拟；边坡稳定性第一章 绪论1.1 选题背
2、景及研究意义 边坡稳定性分析是岩土工程的一项重要工作。在我国,尤其是三峡工程及西部大开发中,出现了许多岩质边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地、水电建设形成的岩质边坡等等,为了减少和防止各种岩质边坡事故的发生,有必要加强这类边坡稳定性分析方面的研究工作。随着城市建设及土地开发利用,城市里建筑物周边的环境边坡一城市岩质边坡在山地城市建设中日益增多。城市岩质边坡虽然规模较小,但由于其与周边环境、人类活动联系密切,会直接影响到城市中建筑主体工程的可行性论证、经济指标和正常使用等。目前对于一些城市岩质边坡的破坏机制认识尚不足,一方面过于保守的边坡设计造成工程造价过
3、高,造成不必要的浪费另一方面边坡经常发生失稳事故,危及生命财产,给国家带来了巨大的损失。因此,须加强研究城市岩质边坡的稳定性及其控制。中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家，其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位，尤其是在中国的西部地 区，大型滑坡更是以其规模大、机制复杂、危害大等特点著称于世，在全世界范围内具有典型性和代表性。收集 20 世纪以来发生在中国大陆的典型大型滑坡灾害实例，这些大型滑坡涉及到不同的地质环境条件和坡体地质结构，具有不同诱发机制和触发因素。分析结果表明，中国大陆大型 滑坡发育最根本的原因是具有有利的地形地貌条件，约 80%的大型滑坡发生在环青藏高原东侧的大陆地形第一个 坡降带范
4、围内。同时，该地区也是世界上板内构造活动最为活跃的地区，其地壳内、外动力条件强烈的交织与转 化，促使高陡边坡发生强烈的动力过程，从而也促进大型滑坡灾害的发育。强震、极端气候条件和全球气候变化 构成大型滑坡发生的主要触发和诱发因素：中国南方暴雨强度达到 200300 mm/d 时就易于触发大滑坡的发生； 中国西北地区春季冻结层的融化，也是大规模黄土滑坡发生的诱因。近年来全球气候变化导致气温上升、雪线上移、冰川后退、冰湖溃决，也都成为特定地区大型滑坡灾害发生的诱发和触发因素。另外，70%以上大型滑坡发生与人类活动有密切的关系。滑坡机制分析结果表明，中国的大型滑坡通常具有复杂的生成机制：总的来看，大
5、型滑坡发生的岩土介质主要有以下 3 类，即岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。除松散堆积层滑坡，前两者 都涉及复杂的演化机制及过程，其典型的地质力学模式包括：滑移拉裂剪断“三段式”模式、“挡墙溃决” 模式、近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式、顺倾岩层的蠕滑(弯曲)剪断模式等。每一类模式都具有其对应的岩体结构条件和特定的变形破坏演变过程。通常大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面 上“锁固段”的突发脆性破坏，“锁固段”在岩质边坡的变形控制和稳定性机制中具有重要地位，也是边坡地质灾 害评价与控制的关键。实践结果表明，查明边坡(滑坡)变形破坏的地质力学模式是滑坡地质灾害防治的基础所
6、在。所以研究边坡破坏模拟过程有助于让我们了解边坡破坏的模式以及预防滑坡等灾害，有助于我国经济建设维护社会秩序稳定发展保障国家公民的生命和财产安全。1.2国内外研究情况法国学者工程师库伦于 1776 年提出计算挡土墙压力方法，之后英国学者朗肯于 1857 年在假定挡土墙后土体各点处于极限平衡状态的基础上建立了计算主动和被动土压力的方法，两人分析土压力的方法逐渐发展为一个体系，该体系即为极限平衡法。迄今为止，国内外对边坡稳定分析仍普遍采用该方法。1916 年，瑞典人彼得森研究出了瑞典圆弧法，在不久后 1927 年，瑞典学者费兰纽斯在基础上做出了修改：假定了土条底法向应力能够看作是土条重量在法线方向
7、的投影，这个修改极大简化了计算的工作量。伴随着土力学学科的发展，众多国内学者对极限平衡法进行了广泛而深入的研究，提出了许多修正方法。总结起来有两个显著的成果：其一，对最危险滑弧位置的规律进行重点探索，通过制作列表、曲线来减少工作量；其二，修改和补充基本假定，提出更符合实际的适用性更广泛的任意滑裂面的计算方法。1.3本文的研究内容及技术路线本文主要以边坡为研究对象，从边坡的工程地质概况、水文地质背景出发，对边坡稳定性分析中使用的物理力学参数进行研究，研究粘聚力、内摩擦角对边坡稳定性的影响。然后根据文献总结结果，选择有代表性的边坡稳定性分析算例，采用选定的方法，研究这些边坡的破坏面位置，以及稳定性
8、大小。由已经进行分析的算例及相关文献的总结，选取有代表性的工程案例开展边坡稳定性研究，研究该工程边坡潜在滑面位置，确定其抗滑稳定安全系数大小。如果边坡稳定性不满足要求，探讨采用何种方式对边坡进行加固，以及加固后边坡稳定安全系数。本文综合考虑之后决定采用强度折减法，采用 ABAQUS 软件来辅助完成论文。第二章 强度折减法1.1 边坡稳定性计算方法介绍一、极限平衡计算法是当前国内外边坡工程中边坡稳定计算常用的基本方法.用该方法能确定边坡滑动面位置和破坏型式,能根据边坡不同破坏形式和任意滑动面位置来计算边坡稳定系数,它适用于边坡体不同地质条件和边坡各类破坏形式.在国内露天矿边坡稳定性计算中,已得到
9、广泛应用,如兰尖铁矿、大冶铁矿、海南铁矿、永平铜矿和行洛坑钨矿等边坡工程中边滑坡稳定计算均用此方法.二、有限单元法是应力、应变分析法,即用弹性理论分析边坡体的应力状态.它只能分析在弹性阶段边坡体应力、应变和位移分析情况,不能对边坡体的破坏情况给出定量的分析.因此,当前在国内露天矿边坡稳定计算中应用该方法时,常用极限平衡法计算进行对比校核（如海南铁矿、新桥铜矿）.该方法能适用于边坡岩体的复杂条件.三、概率分析法只能用数理统计方法,分析研究影响边坡稳定诸因素的规律,求出边坡不稳定概率,但不能完全定量地给出边坡稳定或不稳定的程度.当前在国内露天矿边坡稳定性计算中应用该方法时,常用极限平衡计算法进行对比校核,如攀钢石灰石矿边坡稳定性研究.该方法适用于边坡体的复杂条件,能根据边坡不同破坏类型用电子计算机算出边坡不稳定概率.采用以上三种方法都必须获得边坡稳定性计算分析所需的各项资料,并将计算结果和类似矿山进行对比；在不具备边坡稳定性计算分析资料的情况下,可根据设计工程的具体条件,用类比法确定边坡角.1.2 强度折减法
