第14章三维极限平衡分析方法 14.1概述 14.1.1进行三维边坡稳定分析的必要性 自然界发生的滑坡绝大多数呈三维形态,但是,在边坡稳定分析领域,二维极限平衡法 仍是常用的手段。越来越多的工程实际问题提出了建立三维边坡稳定分析的要求( Seed et al, 1990, Morgenstern,1992)。三维边坡稳定分析可以更加真实地反映边坡的实际形态,特别是 当滑裂面己经确定时,使用三维分析可以恰当地考虑滑体内由于滑裂面的空间变异特征对边 坡稳定安全系数的影响 在工程设计中,还有一些情况一定要使用三维分析方法。例如洞口开挖边坡,由于开挖 只在一个有限宽度内进行,因此,如果采用二维分析,等于是假定开挖面是无限长的,显然 与实际情况出入较大。又如对地下连续墙在施工期的稳定性分析,泥浆压力固然是保证其稳 定性的主要因素,但是槽孔总是跳槽浇筑的,每一个浇筑段宽度不过10~15m,而其深度可 达5060m。因此,墙壁的稳定性系三维效应控制。Tsai(2000等曾使用三维方法分析连续墙 的稳定性。 尽管三维稳定分析具有重要意义,但是,有关的稳定分析方法和程序开发方面的工作还 远远不能满足实际要求,大部分研究工作都局限于学术领域,未见实际应用。1998年发表 于美国ASCE岩土工程学报上的一篇文章( Stark&Eid,1998)指出,所有的三维分析程序都存 在引入大量假定的缺陷。同时,还没有一个程序在数据处理、图形处理等方面提供可应用于 实际情况的软件。 本书作者所在课题组在过去的十年中,为开发三维稳定分析程序作了大量的工作。首先 开发了建立在塑性力学上限定理基础上的边坡稳定三维分析方法 Chen et al,200a,b),同时 还开发了建立在极限平衡理论基础上的一个简化的三维稳定分析方法(陈祖煜,弥宏亮,汪 小刚,2001),并且将这一上、下限的理论体系及相应的计算方法应用于工程实际中,完成 了三峡、洪家渡、恰甫其海、小湾、宜兴抽水蓄能电站等一系列水利水电工程问题。 由于上限解方法主要用于解决岩石边坡稳定问题,在本章,仅介绍三维边坡稳定分析的 极限平衡方法。 14.1.2三维边坡稳定分析研究的现状 有关边坡稳定三维极限平衡方法,已有众多的文献介绍研究成果。 Duncan(199)曾经列 表总结了20篇文献资料,列举了这些方法的特点和局限性,详见表14.1。 回顾以往的工作,可以看到,为了使问题变得静定可解,各种三维极限平衡方法均引第14章 三维极限平衡分析方法 14. 1 概述 14. 1. 1 进行三维边坡稳定分析的必要性 自然界发生的滑坡绝大多数呈三维形态 但是 在边坡稳定分析领域 二维极限平衡法 仍是常用的手段 越来越多的工程实际问题提出了建立三维边坡稳定分析的要求(Seed et al, 1990; Morgenstern, 1992) 三维边坡稳定分析可以更加真实地反映边坡的实际形态 特别是 当滑裂面已经确定时 使用三维分析可以恰当地考虑滑体内由于滑裂面的空间变异特征对边 坡稳定安全系数的影响 在工程设计中 还有一些情况一定要使用三维分析方法 例如洞口开挖边坡 由于开挖 只在一个有限宽度内进行 因此 如果采用二维分析 等于是假定开挖面是无限长的 显然 与实际情况出入较大 又如对地下连续墙在施工期的稳定性分析 泥浆压力固然是保证其稳 定性的主要因素 但是槽孔总是跳槽浇筑的 每一个浇筑段宽度不过 10~15m 而其深度可 达 50~60m 因此 墙壁的稳定性系三维效应控制 Tsai (2000)等曾使用三维方法分析连续墙 的稳定性 尽管三维稳定分析具有重要意义 但是 有关的稳定分析方法和程序开发方面的工作还 远远不能满足实际要求 大部分研究工作都局限于学术领域 未见实际应用 1998 年发表 于美国 ASCE 岩土工程学报上的一篇文章(Stark & Eid, 1998)指出 所有的三维分析程序都存 在引入大量假定的缺陷 同时 还没有一个程序在数据处理 图形处理等方面提供可应用于 实际情况的软件 本书作者所在课题组在过去的十年中 为开发三维稳定分析程序作了大量的工作 首先 开发了建立在塑性力学上限定理基础上的边坡稳定三维分析方法(Chen et al, 2000 a, b) 同时 还开发了建立在极限平衡理论基础上的一个简化的三维稳定分析方法 陈祖煜 弥宏亮 汪 小刚 2001 并且将这一上 下限的理论体系及相应的计算方法应用于工程实际中 完成 了三峡 洪家渡 恰甫其海 小湾 宜兴抽水蓄能电站等一系列水利水电工程问题 由于上限解方法主要用于解决岩石边坡稳定问题 在本章 仅介绍三维边坡稳定分析的 极限平衡方法 14. 1. 2 三维边坡稳定分析研究的现状 有关边坡稳定三维极限平衡方法 已有众多的文献介绍研究成果 Duncan (1996)曾经列 表总结了 20 篇文献资料 列举了这些方法的特点和局限性 详见表 14.1 回顾以往的工作 可以看到 为了使问题变得静定可解 各种三维极限平衡方法均引