基于最小势能原理的路基稳定性分析方法.pdf

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·36· 路基工程 2009年第5期(总第146期) 基于最小势能原理的路基稳定性分析方法 温数杰1-2李铀2 摘要文中提出一种路基稳定性分析的新方法:不需条块划分,依据平衡体系势能变化最小原 理,从整个边坡的势能变化求得一个满足势能的最小位移,并得到滑面上的法向力和极限抗滑力,然 后通过力的平衡方程。直接求得安全系数,最后通过实例验证了方法的合理性。 关键词路基稳定性最小势能原理 O前言 选取一可能滑动圆弧A曰,弧长为l,滑弧圆心为0 路基稳定性是道路工程中的重要问题,正确评价 (石。,Yo)。假设如下㈨。 道路的稳定性,对于确保生产建设和人民财产安全具 有重要意义。在路基稳定分析中,基于极限平衡的垂 and 直条分法(FelleniusBishop)一直成为工程界的 主要分析方法,这种方法的假设往往与实际情况不 符,而且需要迭代,数值计算工作量较大…。 y 1994年,Mauldon和Ureta针对一种特殊形状的 岩质棱柱体,运用最小势能原理,提出了一种求解边 坡稳定性问题的新方法忙1,但方法的适用性很窄,对 大多数情况不能应用。受Mauldon和Ureta工作的启 (O.0) 发,李铀、李小强等将这一原理推广到一般边坡的稳 图1 路基计算分析简图 定性分析,发展了边坡稳定性的新分析方法卜∞1。 本文将最小势能原理应用于路基稳定性分析,依据平 (1)滑体ACB整体为刚性体,任一微分面df的 衡体系势能变化最小的原理,从整个边坡的势能变化 法向刚度k和面出的面积成正比,即 求得一个满足势能的最小位移,并直接求出滑面上的 k=mdl (1) 法向力和抗滑力,然后列出力的平衡方程,求得路基 ..J 的安全系数。这就不需进行条块划分,而是通过分析 发生一个小位移a={d,,d,},此位移应使滑体ACB 路基整体的势能变化直接求解安全系数,计算过程简 的势能为最小。 单,不存在数值分析问题。 假定滑体本身是不能变形的,但在滑裂面上发生 弹性变形。在各种力作用下,滑体发生小位移,当系 1计算方法 统达到平衡时,滑体此时的位移即是系统的势能为最 如图I,一匀质路基,路基上作用车辆荷载q。。 小的状态。滑体位移的结果就是滑裂面上产生弹性应 变势能。微分弧段df所储存的弹性应变势能dL为 温数杰,男,讲师,博士研究生。 性区域越大,但塑性区不均匀性主要取决于外洞上方 拉作用,还有弯、扭作用。因此,在中墙施工完成后 的山体坡度,即地形偏压是偏压效应的主要因素。 要及时对中墙顶部进行回填,避免中墙发生过大的变 形或扭转而开裂破坏。施工中还须加强监测中墙的应 5结论 力,确保结构安全。 (1)偏压连拱隧道施工中采用先作中墙,再对 两

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