三維邊坡的失穩與加固機理研究

《三維邊坡的失穩與加固機理研究》是依託上海交通大學，由夏小和擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三維邊坡的失穩與加固機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏小和
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

邊坡失穩是水利水電工程、交通工程和城市建設中常見的工程地質災害，也是工程地質和岩土工程領域的研究熱點。土質邊坡失穩因周圍土體約束的空間效應而呈現明顯的三維特徵，加固體的存在將進一步強化三維效應。由於數學模擬與力學分析方面的局限，二維分析方法仍是邊坡穩定分析中的常用手段。本項目針對三維土質邊坡的穩定性問題，採用模型試驗和解析分析相結合的方法開展系統研究，探索土坡三維失穩的機理及其極限分析方法。通過三維邊坡失穩的壓載試驗和離心試驗確定其破壞機制和滑動面特徵，分析土體參數的影響規律；基於所得滑動面，研究三維土質邊坡穩定性的極限分析方法，進而提出考慮加固體剛度與強度作用的三維分析理論，結合模型試驗探討土坡與加固體共同作用機理。研究成果對於闡明三維邊坡失穩與加固機制具有重要意義，提出的試驗方法和設備可套用於相關研究，三維極限分析和加固評估方法的建立為邊坡穩定的分析設計與減災控制提供科學依據。

結題摘要

邊坡穩定問題一直是岩土工程領域研究的熱點，普遍存在於水利水電工程、公路工程、鐵路工程、礦山工程、城市建設與改造等工程建設中。邊坡穩定性分析逐漸從二維分析向更符合實際情況的三維分析邁進。坡頂荷載是堆土填方、基坑工程、鐵路邊坡、公路邊坡、坡頂建設活動等穩定性分析中不可忽略的因素。因此，準確的分析和評價三維邊坡在頂部荷載下的失穩機制和滑動特徵，以滿足工程邊坡和開挖工程穩定性分析的精確要求，是岩土工程研究中的重要課題之一。本項目以細砂邊坡為研究對象，採用模型試驗和數值模擬的分析方法，深入研究坡頂荷載下細砂邊坡失穩機制和滑動特徵，討論坡面幾何形態和坡體初始含水率對邊坡失穩規律的影響。（1）設計了坡頂荷載下三維邊坡失穩模型試驗系統和測量系統，藉助模型系統對三維邊坡進行模型試驗；（2）模型邊坡在坡頂荷載下觸發失穩破壞，坡頂位移計、坡內土壓力盒分別記錄坡頂位移和坡內土壓力的變化。利用數位相機和白砂層模型分別獲取邊坡外部破壞過程、形態和滑動面特徵，並且考慮坡面形態（平、凸、凹）和坡體初始含水率對邊坡破壞的影響，深入認識邊坡破壞機制；（3）對比模型試驗結果，分析坡面形態和坡體初始含水率對邊坡破壞過程、破壞模式、破壞整體形態、滑動面特徵、滑面深度、滑動範圍、破壞難易程度等的影響；（4）採用SVOffice岩土工程數值分析軟體，模擬邊坡的穩定性和破壞形態，分析坡體初始含水率、坡頂荷載、坡面形態對穩定性和破壞形態的影響。土體含水率越高，抗剪強度越低，邊坡更易觸發失穩。坡頂荷載加重邊坡的負擔，邊坡更容易破壞。相同坡高、坡角下，凹坡最穩定，平坡次之，凸坡最不穩定。