边坡稳定问题一直是岩土工程领域研究的热点,普遍存在于水利水电工程、公路工程、铁路工程、矿山工程、城市建设与改造等工程建设中。边坡稳定性分析逐渐从二维分析向更符合实际情况的三维分析迈进。坡顶荷载是堆土填方、基坑工程、铁路边坡、公路边坡、坡顶建设活动等稳定性分析中不可忽略的因素。因此,准确的分析和评价三维边坡在顶部荷载下的失稳机制和滑动特征,以满足工程边坡和开挖工程稳定性分析的精确要求,是岩土工程研究中的重要课题之一。本文以细砂边坡为研究对象,采用模型试验和数值模拟的分析方法,深入研究坡顶荷载下细砂边坡失稳机制和滑动特征,讨论坡面几何形态和坡体初始含水率对边坡失稳规律的影响。主要研究成果如下:1.设计了坡顶荷载下三维边坡失稳模型试验系统和测量系统,借助模型系统对三维边坡进行模型试验。2.模型边坡在坡顶荷载下触发失稳破坏,坡顶位移计、坡内土压力盒分别记录坡顶位移和坡内土压力的变化。利用数码相机和白砂层模型分别获取边坡外部破坏过程、形态和滑动面特征,并且考虑坡面形态(平、凸、凹)和坡体初始含水率对边坡破坏的影响,深入认识边坡破坏机制。3.对比模型试验结果,分析坡面形态和坡体初始含水率对边坡破坏过程、破坏模式、破坏整体形态、滑动面特征、滑面深度、滑动范围、破坏难易程度等的影响。试验结果表明:(1)边坡破坏呈现三维特征,失稳特性和滑动机理与坡面形态和初始含水率有关。利用白砂层测量方法,提取错动点,建立数字高程模型,获取滑动面的位置和立体形态,滑动面为三维曲面。(2)坡面形态对滑动特性影响很大,保持模型坡的坡高、坡角、初始含水率一致,凹坡能承受最大的顶部峰值荷载,平坡次之,凸坡最小。顶部峰值荷载表示边坡破坏的难易程度,凸坡最容易破坏。G1平坡滑面深度最大,G2凸坡次之,G3凹坡最浅,但破坏均为浅层破坏。就滑动范围而言,G2凸坡最大,G1平坡次之,G3凹坡最小。G2凸坡滑体体积最大,G1平坡次之,G3凹坡最小。(3)坡内土压力与加载力有很好的一致性,且随着深度的增加,应力增量不明显,荷载不会影响到此深度。(4)初始含水率高的坡承受最大的顶部峰值荷载较含水率低的坡小,易触发失稳。G2比G4的最大滑面深度要深,边坡均为浅层破坏,初始含水率高,滑动范围更广,滑体体积更大。4.采用SVOffice岩土工程数值分析软件,模拟边坡的稳定性和破坏形态,分析坡体初始含水率、坡顶荷载、坡面形态对稳定性和破坏形态的影响。土体含水率越高,抗剪强度越低,边坡更易触发失稳。坡顶荷载加重边坡的负担,边坡更容易破坏。相同坡高、坡角下,凹坡最稳定,平坡次之,凸坡最不稳定。