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基于广义Hoek-Brown 破坏准则的边坡临界滑动场

原文作者:
  沈银斌,朱大勇,姚华彦
发布时间:
  2014-08-15
来    源:
  合肥工业大学 土木与水利工程学院
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摘要:针对岩体介质非线性破坏特点,采取国际广泛接受应用的建立在地质强度指标(GSI)法基础上的Hoek-Brown屈服准则,建立基于广义Hoek-Brown 破坏准则的边坡临界滑动场计算的新方法。首先,根据Hoek-Brown 准则确定岩体强度参数;然后,将Hoek-Brown 准则不同法向应力水平上的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb 强度线上,用等效内摩擦角和等效黏聚力的Mohr-Coulomb 准则代替Hoek-Brown 准则;最后,将基于Mohr-Coulomb 破坏准则的边坡临界滑动场计算方法进行改进,建立新的迭代方法,获得边坡在满足力与力矩平衡条件下的整体和局部临界滑动面和相应的安全系数。将该方法应用于2 个算例和一工程实例边坡的稳定性分析,计算结果表明,该方法既继承了临界滑动场方法快速、准确找到边坡整体局部临界滑动面的优点,又能考虑岩质边坡非线性破坏的特点,更加符合工程实际。
1 引 言
    Mohr-Coulomb 强度准则是边坡稳定性分析中应用最广泛的准则之一,但其只能反映岩体的线性破坏特征,不能解释低应力区、拉应力区和最小主应力对强度的影响。Hoek-Brown 准则是在岩体质量指标的基础上可以确定完整岩体和节理岩体强度参数的半经验准则,它考虑了岩体的岩性、应力状态和结构面等因素的影响,能够更好地反映岩体的非线性破坏特征,经过多次较大的改进以后,已经受到学术界和工程界的广泛重视[1-7]。建立在Hoek-Brown 准则基础上的边坡稳定分析方法,目前主要有数值分析法[8-11](包括有限单元法、有限差分法、离散元法等)、极限分析法[12-13]、概率分析方法[14-15]、极限平衡法[16]等,但在极限平衡法框架内确定安全系数和滑面位置,具有一定的局限性。边坡全局临界滑动场(以下简称GCSF)是近年来发展的一种新的边坡稳定性方法,它将极限平衡法与最优性原理有机结合起来,能够快速、准确和方便地找出任意形状边坡的全局临界滑动面、局部临界滑动面和其相对应的安全系数,全面评价边坡的整体和局部稳定性[17-18]。但常规临界滑动场计算方法是采用Mohr-Coulomb 直线强度准则计算边坡稳定性,它在岩体边坡稳定性计算中还存在不足之处,本文在朱大勇等[19-20]的研究基础上,将基于地质强度指标(GSI)法的Hoek-Brown 屈服准则和边坡临界滑动场计算方法有机地结合起来,提出了一种既能继承边坡临界滑动场方法优点,又能充分考虑岩体边坡非线性破坏特点的边坡稳定性分析新方法。
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