《基於變分法的三維土坡失穩機制與穩定性極限分析研究》是依託河海大學，由張飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於變分法的三維土坡失穩機制與穩定性極限分析研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張飛
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國山地分布廣泛，邊坡失穩引起的滑坡事故頻發，造成水利、鐵路、公路等設施嚴重破壞，同時給人民生命財產安全帶來重大威脅。邊坡穩定性問題是岩土力學與工程的基本問題之一，一直備受關注。實際邊坡在破壞形式上呈現三維空間特性，然而傳統的平面應變分析方法忽略了這種三維空間效應，不可避免會影響實際邊坡穩定性評價，因此需要開展三維邊坡穩定性分析。本項目將針對三維土質邊坡穩定性極限分析研究中的不足，擬採用變分法構建三維破壞機制，通過理論分析和對比分析證明該三維機制的運動許可性和臨界性，建立基於變分法的三維土質邊坡穩定性極限分析方法，同時考慮水壓力對三維邊坡穩定性的影響，繪製一系列穩定圖用於快速評價三維土質邊坡穩定性，通過與平面應變解對比分析揭示三維空間效應對土質邊坡穩定性的影響規律。研究成果將豐富邊坡穩定性分析理論與評價方法，同時可以對實際邊坡工程穩定性評估與加固也有較好的借鑑意義。
結題摘要
邊坡穩定性問題是岩土力學與工程的基本問題之一，實際邊坡在破壞形式上呈現三維空間特性，然而傳統的平面應變分析方法忽略了這種三維空間效應，不可避免會影響實際邊坡穩定性評價和滑坡問題反分析。本項目針對三維邊坡穩定性分析開展了深入研究，首先針對邊坡極限分析研究中三維破壞機制的假設問題，運用變分極值原理推導了邊坡三維破壞機制幾何表達式，通過矢量分析在極限分析上限理論下數學證明了破壞機制的運動許可性，首次揭示了三維破壞面上剪下力方向與其運動許可性的關係，突破了岩土工程穩定問題的極限分析三維破壞機制構建只能預先假設的限制。其次基於變分-極限分析法，考慮水壓力、地震等因素對三維邊坡穩定性的影響，繪製一系列穩定圖用於快速評價三維土質邊坡穩定性，通過與平面應變解對比分析發現：邊坡長度小於五倍坡高則需要考慮三維空間效應對穩定性的影響，反之則可以簡化為平面應變問題沿用二維穩定性分析方法。同時，針對現行規範中加筋土邊坡/擋牆過於保守設計問題，開展了加筋土支護結構的三維穩定性分析，揭示了三維效應對其穩定性的影響規律和保守性貢獻度，提出了加筋土支護結構的三維穩定性設計方法，研究成果獲得了美國聯邦公路局規範認可。同時針對現行加筋土邊坡穩定性設計忽略了轉角結構顯著三維效應的問題，基於三維邊坡穩定性分析方法考慮加筋作用建立了轉角加筋邊坡穩定性分析方法，首次發現了平面應變分析方法用於這種結構形式設計偏於危險，形成了考慮三維效應的轉角加筋邊坡穩定性設計理論。最後，針對地下連續牆開挖槽深寬比產生的三維效應，基於三維破壞機制開展了局部和整體挖槽穩定性分析，建立了不同土層條件的地下連續牆開挖深槽穩定評價方法，揭示了三維效應對開挖深槽破壞模式和穩定性的影響規律，研究成果用於指導地下連續牆挖槽安全所需的泥漿重度和高度現場施工控制中。
