基于三维数值模拟的边坡稳定性分析的整合方法研究

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边坡稳定性分析方法研究,一直成为岩土工程界格外关注的重大研究课题。本论文以太和铁矿西端帮冰碛土边坡为实际工程背景,以三维数值模拟为平台,以基础参数(“强度模拟”单元)、评价指标(“应力—应变分析”、“安全系数”和“可靠度”单元)与综合分析(“综合分析”单元)三层的5个结构单元为顶点,有机联结,构成相互支撑的“菱形”体系构架,从而建立起边坡稳定性分析的“整合方法”。其突出特点是:通过引入“强度折减方法”和“简化一次二阶矩法”(SFOSM法),使三维应力-应变分析、总体可靠度与安全系数三大评价指标同冶一炉,进而实现同一边坡工程的多个评价指标的综合分析。冰碛土体的强度和变形参数,不仅是边坡稳定性分析的最基础输入数据,也是冰碛土边坡稳定性分析的瓶颈,岩土工程界一直没有解决。本研究采用元胞自动机-有限差分方法耦合模拟冰碛土体强度与变形参数,即以元胞自动机方法模拟冰碛土体结构,构造仿真的大型试体,然后借助于FLAC3D,对模拟试体进行三轴数值模拟试验,并依据常规三轴试验的力学公式求得冰碛土体的强度和变形参数;以之为基础,进行多组三轴模拟试验,获得大量太和铁矿冰碛土体的抗剪强度参数模拟样本。通过对其进行统计分析和非线性拟合,分别建立了冰碛土抗剪强度的2个经验预测模型,即概率模型和确定性模型,从而为太和铁矿采场边坡工程的设计与评价提供了可靠的强度参数。在边坡可靠度计算方面,本研究主要做了以下两方面工作:(1)在二维空间,采用传统安全系数的计算方法,根据均值一次二阶矩法的基本原理,勿需建立可靠度摸型,提出简化一次二阶矩法,可在二维空间快速搜索出最小可靠度的可能破坏面,从而求得边坡破坏概率;同时,亦可针对指定破坏面快捷地求得边坡破坏概率。(2)在三维空间,使用三维有限元方法与Rosenblueth方法相耦合,直接求得与总体安全系数相对应的总体可靠度(或破坏概率),以便在边坡岩土体统一的力学响应特性的前题下,交叉分析安全系数与可靠度的变化特性。本研究的问题来源于太和铁矿,提出的“整合方法”又应用于太和铁矿,完成了采场西帮冰碛土边坡的完整的稳定性分析,为保持论文中“整合方法”结构的完整,将其分析结果分布到相关章节。
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