基于双剪统一强度理论的黄土边坡强度理论效应研究

以双剪统一强度理论作为研究的理论基础，通过理论分析、室内土工试验、物理模型试验等手段，来研究黄土双剪统一强度理论参数b的取值范围和取值方法，在此基础上，推导双剪统一强度理论的极限平衡表达式，建立基于极限平衡理论的边坡稳定性评价体系，编制基于双剪统一强度理论的有限元程序，将其应用于黄土边坡的稳定性分析中，来研究边坡稳定性的强度理论效应。双剪统一强度理论覆盖了外凸型强度准则上、下限间的所有区域，还可用于非外凸的情况，包含了各独立的应力分量对材料破坏的影响，并能适应于各种不同的应力状态，同时考虑了中主应力效应，可充分发挥材料的强度潜力，它的工程应用可使科学研究成果真正转化为生产力，在边坡工程的治理中，节约大量的工程成本，带来巨大的经济效益。

以双剪统一强度理论作为研究的理论基础，通过室内土工试验、现场监测、物理模型试验、理论分析等手段，研究黄土双剪统一强度理论参数b的取值范围、取值方法，以及边坡的强度理论效应。通过本项目的研究，主要完成了：（1）利用围压三轴试验仪器的支架进行改造，通过围压室及相关控制系统的改造，形成土体的真三轴试验仪器,为后期复杂应力下土体强度理论的研究提供设备支持。（2）通过对Q2、Q3原状黄土的大量真三轴试验，研究不同时代黄土的极限线形状及统一强度参数b值的取值范围，结果可见，不同时代黄土极限线在不同静水应力水平下形状相似，随静水应力水平的增长，π平面极限线整体向外发展，Q2黄土极限线的形状由倒三角形向六边形发展，Q3黄土极限线形状的改变不明显，基本为倒三角形；Q2黄土统一强度理论参数b的取值略大于Q3黄土的b值。（3）试验研究了含水量、干密度、应力水平等变化对黄土破坏极限线及b值取值范围的影响效应，对于含水量和干密度相同的重塑黄土，应力水平的变化不改变π平面上极限线的形状；随含水量的增大，极限线在中、小主应力投影方向的截距加大，极限线的形状由倒三角形向等边六边形发展；干密度较小时，统一强度理论参数b值随含水量的增大而减小，干密度较大时，b值变化规律相反，另外，随着干密度的增大，统一强度理论参数b值在增大。（4）在大量试验研究的基础上，给出了黄土统一强度理论参数b的取值范围和原则，其基本原则是：干密度越大，取值越大；含水量越高，取值越小；结构性越强，取值越大；原状Q3黄土的b值取值参考范围在0.5-0.75之间，原状Q2黄土的b值可取值为0.75-1.0，重塑黄土的b值取值参考范围低于在0.1-0.5之间，取值范围可根据含水量及干密度适当调整。（5）将双剪统一强度理论作为极限平衡条件，建立了基于双剪统一强度理论的抗剪强度表达式，据此开展黄土滑坡稳定性的强度理论效应研究；（6）选取黄土地区滑坡为研究对象，进行现场监测、勘探和理论分析，结合室内物理模型试验对滑坡稳定性强度理论效应进行验证，研究结果显示，基于双剪统一强度理论的坡体稳定性计算结果与坡体的实际稳定性相符较好，能充分发挥材料的强度潜能。