地质工程专业毕业论文地质工程专业毕业论文 精品论文精品论文 边坡稳定性三维极限平衡法边坡稳定性三维极限平衡法研究研究关键词：临界滑裂面关键词：临界滑裂面 边坡稳定性边坡稳定性 三维极限平衡法三维极限平衡法摘要：边坡二维极限平衡条分法已趋成熟，但是边坡从变形到破坏本身就是三 维问题，按二维模型分析，往往会低估了其稳定性，并导致治理工程设计参数 偏大。与二维模型相比，边坡三维条柱间未知作用力数目急增，需要作过多假 设才能使问题静定可解。到目前为止，还没有找到公认有效的条柱间力假设方 式，也没有任何一种条柱法被普遍接受应用。 本文在已有研究的基础上，对 三维极限平衡法做了深入的研究，开展了以下几方面工作： (1)通过建立滑 体整体沿空间任一直线方向上的力平衡方程提出了一个基于整体力平衡的统一 模型，以及通过建立滑体整体以空间任一直线为旋转轴的力矩平衡方程提出了 一个基于力矩平衡的统一模型，利用这个两个三维极限平衡法的统一模型即可 将各种已有三维极限平衡方法归纳成两个二重积分的表达式，将原有的方法解 析化，避免了条柱划分时边界难处理、条柱数难确定的问题，提高了计算的精 度，同时也使各种方法归于统一模型； (2)本课题组 2003 年基于二维 Sarma 极限平衡法建立了相应的三维 Sarma 极限平衡法，这里再次对该模型进行了改 进，将其底滑面上的剪切力方向定为与底滑面倾向相关，使得计算结果更加符 合实际情况： (3)在三维极限平衡法统一模型的基础上，建立了三维边坡参 数反算和剩余下滑力的统一算法，并将他们推广+到了具体的方法上，同时，在 建立三维边坡剩余下滑力计算统一公式时，还提出了一个新思路，也即引入一 个集中力腓为计算断面上抗滑力或下滑力的合力，将其引用到稳定性分析统一 模型中，在给定稳定系数 F 和安全系数 K 的情况下，分别获得 P 的两个计算值， 也就是分别获得了抗滑力和下滑力的合力值，两者相减则获得了剩余下滑力的 合力值，通过具体情况，将该合力在滑体上进行分布，就获得了三维情况下边 坡剩余下滑力的计算方法； (4)详细探讨了滑体中轴面上的后缘点 B、剪出 口 A，控制圆弧半径变量 t 以及滑体横向半径尼对三维边坡稳定系数计算值的 影响，发现稳定系数随着 B、A、t 的变化均出现了极值，但随着 Rb 的变化则只 是逐渐收敛，而没有极值的出现。 分析结果表明，基于三维极限平衡法确定 的边坡三维最危险潜在滑裂面在理论上是不存在的，为此，本文提出了一种以 横向半径 Rb 和其对应的稳定系数 F 之间关系曲线的拐点近似作为三维潜在滑裂 面相应情况的思路，并将现代智能优化算法应用到对其他控制变量的优化上， 取得了较好的效果； (5)对于边坡中的滑坡问题，本文则采用空间插值和二 元三次函数最小二乘法拟合的思路分别对地面和滑裂面(地层)进行拟合，获得 了稳定性分析所需的数据，同时通过 OPENGL 技术实现了滑坡三维的可视化： (6)通过一个滑坡和一个边坡的算例，详细分析了以上各方法和思路在实际工程 中的应用和效果。正文内容正文内容边坡二维极限平衡条分法已趋成熟，但是边坡从变形到破坏本身就是三维 问题，按二维模型分析，往往会低估了其稳定性，并导致治理工程设计参数偏 大。与二维模型相比，边坡三维条柱间未知作用力数目急增，需要作过多假设 才能使问题静定可解。到目前为止，还没有找到公认有效的条柱间力假设方式， 也没有任何一种条柱法被普遍接受应用。 本文在已有研究的基础上，对三维 极限平衡法做了深入的研究，开展了以下几方面工作： (1)通过建立滑体整 体沿空间任一直线方向上的力平衡方程提出了一个基于整体力平衡的统一模型， 以及通过建立滑体整体以空间任一直线为旋转轴的力矩平衡方程提出了一个基 于力矩平衡的统一模型，利用这个两个三维极限平衡法的统一模型即可将各种 已有三维极限平衡方法归纳成两个二重积分的表达式，将原有的方法解析化， 避免了条柱划分时边界难处理、条柱数难确定的问题，提高了计算的精度，同 时也使各种方法归于统一模型； (2)本课题组 2003 年基于二维 Sarma 极限平 衡法建立了相应的三维 Sarma 极限平衡法，这里再次对该模型进行了改进，将 其底滑面上的剪切力方向定为与底滑面倾向相关，使得计算结果更加符合实际 情况： (3)在三维极限平衡法统一模型的基础上，建立了三维边坡参数反算 和剩余下滑力的统一算法，并将他们推广+到了具体的方法上，同时，在建立三 维边坡剩余下滑力计算统一公式时，还提出了一个新思路，也即引入一个集中 力腓为计算断面上抗滑力或下滑力的合力，将其引用到稳定性分析统一模型中， 在给定稳定系数 F 和安全系数 K 的情况下，分别获得 P 的两个计算值，也就是 分别获得了抗滑力和下滑力的合力值，两者相减则获得了剩余下滑力的合力值， 通过具体情况，将该合力在滑体上进行分布，就获得了三维情况下边坡剩余下 滑力的计算方法； (4)详细探讨了滑体中轴面上的后缘点 B、剪出口 A，控制 圆弧半径变量 t 以及滑体横向半径尼对三维边坡稳定系数计算值的影响，发现 稳定系数随着 B、A、t 的变化均出现了极值，但随着 Rb 的变化则只是逐渐收敛， 而没有极值的出现。 分析结果表明，基于三维极限平衡法确定的边坡三维最 危险潜在滑裂面在理论上是不存在的，为此，本文提出了一种以横向半径 Rb 和 其对应的稳定系数 F 之间关系曲线的拐点近似作为三维潜在滑裂面相应情况的 思路，并将现代智能优化算法应用到对其他控制变量的优化上，取得了较好的 效果； (5)对于边坡中的滑坡问题，本文则采用空间插值和二元三次函数最 小二乘法拟合的思路分别对地面和滑裂面(地层)进行拟合，获得了稳定性分析 所需的数据，同时通过 OPENGL 技术实现了滑坡三维的可视化： (6)通过一个 滑坡和一个边坡的算例，详细分析了以上各方法和思路在实际工程中的应用和 效果。 边坡二维极限平衡条分法已趋成熟，但是边坡从变形到破坏本身就是三维问题， 按二维模型分析，往往会低估了其稳定性，并导致治理工程设计参数偏大。与 二维模型相比，边坡三维条柱间未知作用力数目急增，需要作过多假设才能使 问题静定可解。到目前为止，还没有找到公认有效的条柱间力假设方式，也没 有任何一种条柱法被普遍接受应用。 本文在已有研究的基础上，对三维极限 平衡法做了深入的研究，开展了以下几方面工作： (1)通过建立滑体整体沿 空间任一直线方向上的力平衡方程提出了一个基于整体力平衡的统一模型，以 及通过建立滑体整体以空间任一直线为旋转轴的力矩平衡方程提出了一个基于 力矩平衡的统一模型，利用这个两个三维极限平衡法的统一模型即可将各种已有三维极限平衡方法归纳成两个二重积分的表达式，将原有的方法解析化，避 免了条柱划分时边界难处理、条柱数难确定的问题，提高了计算的精度，同时 也使各种方法归于统一模型； (2)本课题组 2003 年基于二维 Sarma 极限平衡 法建立了相应的三维 Sarma 极限平衡法，这里再次对该模型进行了改进，将其 底滑面上的剪切力方向定为与底滑面倾向相关，使得计算结果更加符合实际情 况： (3)在三维极限平衡法统一模型的基础上，建立了三维边坡参数反算和 剩余下滑力的统一算法，并将他们推广+到了具体的方法上，同时，在建立三维 边坡剩余下滑力计算统一公式时，还提出了一个新思路，也即引入一个集中力 腓为计算断面上抗滑力或下滑力的合力，将其引用到稳定性分析统一模型中， 在给定稳定系数 F 和安全系数 K 的情况下，分别获得 P 的两个计算值，也就是 分别获得了抗滑力和下滑力的合力值，两者相减则获得了剩余下滑力的合力值， 通过具体情况，将该合力在滑体上进行分布，就获得了三维情况下边坡剩余下 滑力的计算方法； (4)详细探讨了滑体中轴面上的后缘点 B、剪出口 A，控制 圆弧半径变量 t 以及滑体横向半径尼对三维边坡稳定系数计算值的影响，发现 稳定系数随着 B、A、t 的变化均出现了极值，但随着 Rb 的变化则只是逐渐收敛， 而没有极值的出现。 分析结果表明，基于三维极限平衡法确定的边坡三维最 危险潜在滑裂面在理论上是不存在的，为此，本文提出了一种以横向半径 Rb 和 其对应的稳定系数 F 之间关系曲线的拐点近似作为三维潜在滑裂面相应情况的 思路，并将现代智能优化算法应用到对其他控制变量的优化上，取得了较好的 效果； (5)对于边坡中的滑坡问题，本文则采用空间插值和二元三次函数最 小二乘法拟合的思路分别对地面和滑裂面(地层)进行拟合，获得了稳定性分析 所需的数据，同时通过 OPENGL 技术实现了滑坡三维的可视化： (6)通过一个 滑坡和一个边坡的算例，详细分析了以上各方法和思路在实际工程中的应用和 效果。 边坡二维极限平衡条分法已趋成熟，但是边坡从变形到破坏本身就是三维问题， 按二维模型分析，往往会低估了其稳定性，并导致治理工程设计参数偏大。与 二维模型相比，边坡三维条柱间未知作用力数目急增，需要作过多假设才能使 问题静定可解。到目前为止，还没有找到公认有效的条柱间力假设方式，也没 有任何一种条柱法被普遍接受应用。 本文在已有研究的基础上，对三维极限 平衡法做了深入的研究，开展了以下几方面工作： (1)通过建立滑体整体沿 空间任一直线方向上的力平衡方程提出了一个基于整体力平衡的统一模型，以 及通过建立滑体整体以空间任一直线为旋转轴的力矩平衡方程提出了一个基于 力矩平衡的统一模型，利用这个两个三维极限平衡法的统一模型即可将各种已 有三维极限平衡方法归纳成两个二重积分的表达式，将原有的方法解析化，避 免了条柱划分时边界难处理、条柱数难确定的问题，提高了计算的精度，同时 也使各种方法归于统一模型； (2)本课题组 2003 年基于二维 Sarma 极限平衡 法建立了相应的三维 Sarma 极限平衡法，这里再次对该模型进行了改进，将其 底滑面上的剪切力方向定为与底滑面倾向相关，使得计算结果更加符合实际情 况： (3)在三维极限平衡法统一模型的基础上，建立了三维边坡参数反算和 剩余下滑力的统一算法，并将他们推广+到了具体的方法上，同时，在建立三维 边坡剩余下滑力计算统一公式时，还提出了一个新思路，也即引入一个集中力 腓为计算断面上抗滑力或下滑力的合力，将其引用到稳定性分析统一模型中， 在给定稳定系数 F 和安全系数 K 的情况下，分别获得 P 的两个计算值，也就是 分别获得了抗滑力和下滑力的合力值，两者相减则获得了剩余下滑力的合力值，通过具体情况，将该合力在滑体上进行分布，就获得了三维情况下边坡剩余下 滑力的计算方法； (4)详细探讨了滑体中轴面上的后缘点 B、剪出口 A，控制 圆弧半径变量 t 以及滑体横向半径尼对三维边坡稳定系数计算值的影响，发现 稳定系数随着 B、A、t 的变化均出现了极值，但随着 Rb 的变化则只是逐渐收敛， 而没有极值的出现。 分析结果表明，基于三维极限平衡法确定的边坡三维最 危险潜在滑裂面在理论上是不存在的，为此，本文提出了一种以横向半径 Rb 和 其对应的稳定系数 F 之间关系曲线的拐点近似作为三维潜在滑裂面相应情况的 思路，并将现代智能优化算法应用到对其他控制变量的优化上，取得了较好的 效果； (5)对于边坡中的滑坡问题，本文则采用空间插值和二元三次函数最 小二乘法拟合的思路分别对地面和滑裂面(地层)进行拟合，获得了稳定性分析 所需的数据，同时通过 OPENGL 技术实现了滑坡三维的可视化： (6)通过一个 滑坡和一个边坡的算例，详细分析了以上各方法和思路在实际工程中的应用和 效果。 边坡二维极限平衡条分法已趋成熟，但是边坡从变形到破坏本身就是三维问题， 按二维模型分析，往往会低估了其稳定性，并导致治理工程设计参数偏大。与 二维模型相比，边坡三维条柱间未知作用力数目急增，需要作过多假设才能使 问题静定可解。到目前为