基于强度折减法的边坡失稳破坏问题研究开题报告

1. 研究目的与意义

边坡是人类生存的重要环境，甚至是工程建筑的重要组成部分。近年来，我国因工程活动引发的地质灾害一直呈现上升态势。例如，2012年江西上半年，发生地质灾害298起，其中滑坡及崩塌282处、地面塌陷16处。直接经济损失1601.45万元，死亡2人。从诱发原因分析，与强降雨或连续降雨有关的地质灾害281起，与其他因素有关的地质灾害17起。从成因分析，主要由自然因素引发的地质灾害12起；与乡村坡建房等有关的地质灾害258起；与公路切坡或施工有关的地质灾害26起（其中高铁施工引发地面塌陷2起、高速施工引发地面塌陷1起、采矿引发地面塌陷1起、公路边坡失稳引发崩塌或滑坡22起）；与小水电工程有关的地质灾害2起。由此可见，边坡的稳定性十分重要，这对人民的生命安全和财产安全影响很大。因此，对于边坡需要了解的很透彻，成功预防由边坡失稳引发的地质灾害。

边坡是岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。在实际工程中，由于设计或施工不当，或因地质条件的特殊复杂性难以预计，边坡中一部分坡体相对于另一部分坡体产生相对位移以致丧失原有稳定性，从而形成滑坡。边坡失稳破坏是一种复杂的地质灾害过程，边坡内部结构的复杂性和组成边坡岩石物质的不同，造成边坡破坏具有不同模式。边坡失稳往往是在外界不利因素影响下触发和加剧的。这些外界因素往往导致土体剪应力的增加或抗剪强度的降低，使土体中剪应力大于土的抗剪强度而造成滑动失稳。造成边坡土体中剪应力增加的主要原因有：坡顶堆物，行车；基坑边坡太陡；开挖深度过大；土体遇水使土的自重增加；地下水的渗流产生一定的动水压力；土体竖向裂缝中的积水产生侧向静水压力等。引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差；土体被水润湿甚至泡软；受气候影响和风化作用使土质变松软、开裂；饱和的细砂和粉砂因受振动而液化等。因此对边坡失稳问题的研究是十分必要的，将进一步有利于我们预防灾害发生，保护人民的生命和财产安全。例如，2010年7月18日，信阳市新县千斤国土所工作人员巡查到千斤乡岳湾村时，发现山体有裂缝并有滑坡趋势，情况十分危急，该所工作人员挨家挨户指挥和帮助村民撤离。全部人员撤离后不到20分钟，山体滑坡，房子全部被埋。因撤离及时，192人成功脱险，未造成人员伤亡。边坡变形破坏过程和它所造成的不良地质环境均可对人类活动带来十分重要的危害，并且还可能引起生态环境的失调和破坏，造成更大范围和更为深远的影响。

本文致力于用强度折减法研究边坡失稳问题，用折减安全系数的标准来判断边坡是否失稳，可以不需要假定滑裂面的形状和位置，能够考虑开挖过程对边坡稳定性的影响，能够模拟坡体和支护的共同作用。对已产生的滑动的边坡以及濒临滑动的边坡进行稳定性分析，并采取合理的治理方案，消除安全隐患，对于保证工程的顺利进行减少工程投资，保护人民群众的生命安全都有着重要意义。

2. 研究内容和预期目标

本文在研究现状的基础上，针对以上提出的目前存在的主要问题而逐渐展开，以岩土边坡为研究对象，研究内容主要包括：通过不同的失稳判据完成边坡稳定安全系数的确定问题，并结合算例于采用其他稳定性方法所得的结果进行对比分析。结合某边坡工程实例来讨论三种不同失稳判据下边坡的稳定安全系数和潜在滑动面形状、位置的确定问题，根据工程实际要求提出一些符合要求的开挖、防护等治理措施。

预期目标是熟练运用ansys软件建模，并掌握边坡破坏的基本原理和稳定性的分析方法、步骤。

3. 研究的方法与步骤

数值分析法是分析边坡岩体应力和变形的方法。大致可以分为两大类：连续介质方法和非连续介质方法。连续介质方法有：有限单元法、有限元强度折减法、快速拉格朗日法等：非连续介质方法有：块体系统不连续变形分析法、离散单元法、界面元方法等：还有连续与非连续变形力学问题都能解决的数值流形方法。

强度折减法由duncan提出，认为边坡稳定安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时，对坡体剪切强度进行折减的程度，即定义稳定安全系数为坡体实际抗剪强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值。

边坡稳定性问题是岩土力学与工程的基本问题之一，一直备受关注。强度折减法是进行边坡稳定性有限元分析的常用方法，直接通过有限元分析获得一个安全系数，不仅保持了有限元在模拟复杂问题上的优点，而且概念明确，结果直观，在工程中得到越来越多的应用。本课题采用强度折减法对土坡失稳破坏过程进行研究，模拟土坡失稳的过程，揭示其破坏规律，对其破坏机理进行初步探讨。

4. 参考文献

[1] cousins b. stability charts for simple earth slopes allowing for tension cracks[c].third australia-new zealand conference ongeomechanics: wellington, 1980, institution of professional engineers newzealand.

[2] baker r. tensile strength, tension cracks, and stability of slopes [j].soils and foundations, 1981, 21(02): 1-17.

[3]陈力华，靳晓光．有限元强度折减法中边坡3种失效判据的适用性研究［j］．土木工程学报，2012，45( 9) : 136－146．

5. 计划与进度安排

（1）：第1-3周（3月1日-3月21日）：毕业实习

（2）：第4周（3月22日-3月28日）：文献检索，提交开题报告