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不论是山体滑坡、崩塌及泥石流等自然地质灾害,还是人类对边坡的改造活动引起的边坡失稳破坏,都会对社会发展、生命安全及经济财产造成巨大的损失。在影响边坡稳定性的外在因素中,地下水渗流和开挖扰动无疑是主要因素,而非稳定渗流和强降雨则更是边坡失稳的重要诱因。当边坡稳定性较差时,为保证生命财产安全和生产的顺利进行,就必须对边坡进行加固。因此,有必要对外在因素影响下边坡的稳定性及加固措施进行研究,防止发生边坡失稳破坏,以避免或减少不必要的损失。
结合理论分析和数值模拟等方法研究分析地下水渗流、降雨入渗、边坡开挖以及隧道掘进等外在因素对边坡稳定性的影响,并根据边坡的应力场和变形情况设计了支护加固方案。首先,详细介绍了国内外非稳定渗流及隧道开挖影响下边坡稳定的研究现状;系统地总结了边坡稳定性研究的各种方法,重点介绍了极限平衡法和数值模拟方法。
介绍了有限单元法在边坡稳定分析中的应用,通过算例验证了强度折减法和重度增加法在边坡稳定计算中的合理性和可靠性。基于计算结果,分析了影响计算精度的各种因素,绘制了各影响因子与稳定性安全系数之间的关系曲线图。
探讨了非稳定渗流的基本理论和变化规律,在此基础上,采用有限元法模拟了库水位以不同速度上升和下降、遭遇降雨的某土石坝的非稳定渗流场,认为仅以k/μV值来判定库水位上升和下降速度的快慢是很粗略的,应通过数值计算来确定。重点研究了坝坡稳定性对库水位上升、降落速度及降雨入渗时间的动态响应。根据计算结果,给出了该工程库水上升和降落速度的建议值。
基于有限元软件ADNA,采用温度分析模块模拟了某水电站枢纽区的渗流场;采用单元生死技术对引水洞进口边坡开挖、引水隧洞掘进和衬砌进行全真模拟,分析了边坡处于不同施工阶段的变形、应力、屈服破坏情况。根据计算结果,提出了支护建议并对加固措施的有效性进行验证;同时,对特征断面进行变模量强度折减,得到边坡稳定安全系数。计算结果表明:所给支护措施是合理的;与浅埋偏压隧道相比,深埋隧道开挖仅对隧洞附近边坡影响较大,对边坡稳定性的影响较小。