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结合Morgenstern-Price法与Sarma法计算岩质—土质混合边坡稳定性研究

作　者: 王旭
导　师: 李显忠
学　校: 中国建筑科学研究院
专　业: 岩土工程
关键词: 岩质-土质混合边坡 Morgenstern-Price法 Sarma法 迭代求解
分类号: TU457
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着我国工程建设的尺度和影响范围不断扩大,边坡的稳定性问题对工程的经济性、安全性的影响就显得愈发重大,特别是大量高、陡岩质-土质混合边坡工程的出现,对传统的稳定性计算方法及途径提出了更高的要求。对于一般岩质-土质混合边坡,上覆一定厚度的土层及全风化、强风化岩层,不同土质以及不同岩质的全风化、强风化产物产生滑动的形式近似,滑裂面为近似圆弧面。而下部的中风化及弱风化岩层滑动的类型主要取决于结构面的类型、产状及岩性(即岩体结构)。根据不同岩体结构,陈祖煜等将岩质边坡分为七种破坏类型。在此基础上,以强风化岩层中风化岩层的分界面为岩土分界面,当下卧岩质体可能发生平面滑动时,岩质-土质边坡可能发生以上覆土层近似圆弧滑裂、下卧岩层平面滑动组合形式的滑坡。鉴于岩质-土质边坡失稳形式的特殊性,针对这种近似圆弧与平面滑动相组合的滑动形式,本文中拟采用通用条分法中的Morgenstern-Price法与Sarma法相结合的方法(简称MP-S法)进行边坡的岩质-土质边坡的稳定性分析。首先,在预设滑裂面(a)后,新设滑裂面(b),使其满足滑裂面(a)土层部分几何形状,并假设滑裂面(b)所涉及部分全部为土层,利用Morgenstern-Price法计算所有可能滑裂面(b),搜寻最危险滑裂面(bm)位置；其次,对滑裂面(bm)原土层部分受力进行补偿后,求得滑裂面(bm)稳定安全系数及岩土分界面受力情况,利用岩土分界面法向力及切向力作为下部岩质体外力,取滑裂面(a)岩层部分为滑裂面(c),利用Sarma法计算下卧岩层的稳定安全系数；当土层与岩层稳定安全系数不等时,将岩层与土层受力协调,利用协调力系数v进行迭代求解,直至滑裂面(bm)原土层段与岩层段稳定安全系数相等,即为该预设滑裂面(a)上边坡稳定安全系数；最后,采用最优化方法,反复假设滑裂面,重复上述步骤搜寻该边坡的最危险滑裂面(am)及其稳定安全系数。在此基础之上,本文中完成了MP-S算法的推导、程序编制以及计算算例验证算法的合理性三部分工作,为岩质-土质混合边坡稳定性计算提出了一种新的可行方法。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-23
  1.1 课题背景及意义  10-13
  1.2 边坡稳定性极限平衡理论研究综述  13-22
    1.2.1 土质边坡稳定性极限平衡理论发展  13-19
    1.2.2 岩质边坡稳定性计算理论发展  19-22
  1.3 本课题研究的目的与主要内容  22-23
第二章 计算理论  23-43
  2.1 概述  23-26
    2.1.1 基本思路  23-24
    2.1.2 求解计算步骤  24-26
  2.2 计算公式推导  26-38
    2.2.1 MP法非微分形式公式  26-29
    2.2.2 岩土分界面受力计算  29-33
    2.2.3 附加荷载的Sarma法公式  33-35
    2.2.4 利用MP法v及Sarma法v'迭代求解滑裂面(a)稳定安全系数方法  35-38
  2.3 程序涉及的其他算法  38-43
    2.3.1 任意滑裂面样条曲线插值方法  38-39
    2.3.2 滑裂面交点求解及条块划分  39-40
    2.3.3 条块自重计算  40-41
    2.3.4 孔隙水压力合力计算  41-43
第三章 程序流程及程序界面介绍  43-55
  3.1 程序设计流程  43-50
    3.1.1 程序模块介绍  43-44
    3.1.2 程序模块流程  44-50
  3.2 程序界面介绍  50-55
    3.2.1 计算显示界面页  50-51
    3.2.2 基本数据输入页  51-52
    3.2.3 岩土层数据输入页  52
    3.2.4 计算结果列表页  52-53
    3.2.5 结果显示页  53-55
第四章 算例分析与比较  55-77
  4.1 土质边坡算例比较  55-58
    4.1.1 算例1、算例2  55-58
  4.2 岩质-土质混合边坡不同处理方法算例比较  58-67
    4.2.1 算例3计算方法一  58-63
    4.2.2 算例3计算方法二  63-64
    4.2.3 算例3计算方法三  64-66
    4.2.4 算例3计算方法四  66-67
  4.3 岩质-土质混合边坡的浸水稳定性  67-68
    4.3.1 算例4、算例5  67-68
  4.4 岩质-土质混合边坡结构面岩层倾角及强度对稳定安全系数的影响  68-72
    4.4.1 算例6、算例7  68-72
  4.5 迭代中步长常数a、b对收敛性及收敛速度的影响  72-77
    4.5.1 Sarma法中步长常数a的确定  72-74
    4.5.2 求解整体滑裂面稳定安全系数时步长常数b的确定  74-77
第五章 结论与建议  77-78
  5.1 结论  77
  5.2 建议  77-78
参考文献  78-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 岩石（岩体）力学及岩石测试 > 岩石稳定性分析
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