改进的最小势能边坡稳定性分析方法及程序开发

发布时间：2017-04-30 15:07

  本文关键词：改进的最小势能边坡稳定性分析方法及程序开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国自然地理环境及工程中存在大量的边坡,边坡一旦发生失稳、滑塌等灾害,就会造成重大人员伤亡、巨额经济损失和工程建设受阻等事件,因此开展边坡稳定性的研究具有重要的理论和实践意义。论文结合国家自然科学基金项目(NO.51304084)以及江西省自然科学基金(NO.20151BAB206026),针对任意形状滑面的边坡,考虑了剪切势能对边坡稳定性的影响,提出了改进的最小势能边坡稳定性分析方法的研究,主要的研究内容及成果如下:(1)针对任意形状滑裂面的二维边坡,考虑了滑面上储存的剪切势能建立计算模型,通过滑体上的作用力沿着虚位移方向上的静力平衡关系求解提供剪切势能的剪应力,进而得到系统总势能函数。基于最小势能原理求得滑体虚位移,通过力与位移的关系求得相应的抗滑力与下滑力,进而得到安全系数,改进了最小势能二维边坡稳定性分析方法。(2)在最小势能二维边坡稳定性分析方法的基础上进行扩展,建立三维计算模型。针对任意形状破坏面的边坡,考虑了滑面上的剪切势能,通过滑体虚位移方向上力的静力平衡关系求解提供剪切势能的剪应力,提出了一种简便且合理的剪切势能计算方式,改进了边坡三维最小势能稳定性分析方法。(3)运用改进的最小势能稳定性分析方法求解经典算例的安全系数,并其它分析方法的结果进行对比。结果表明:文中计算方法得到的结果与其它方法得到的安全系数较为接近,表明文中的计算方法是合理且可行的;滑面上储存的剪切势能对边坡的安全系数的计算结果会产生影响,且考虑了剪切势能的计算结果与其它分析方法的结果更为接近。(4)为进一步验证文中改进的三维边坡最小势能稳定性分析方法的合理性与适用性,设计了4个不同尺寸的边坡模型开展室内模型试验,通过堆载得到临界滑裂面,并借助MATLAB软件平台获取临界滑面方程,进而运用文中的计算方法求解安全系数,并将得到的安全系数与1作比较。(5)基于以上提出的改进的最小势能边坡稳定性分析方法,运用MATLAB软件进行了GUI界面模块设计,并且将计算模块与界GUI面模块进行封装,完成了改进的最小势能边坡稳定性分析方法程序的开发。
【关键词】：最小势能法 剪切势能 剪应力 安全系数
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究的背景与意义9-10
• 1.2 边坡稳定性分析的研究现状10-15
• 1.2.1 极限平衡法10-13
• 1.2.2 有限元法13-14
• 1.2.3 矢量和法14
• 1.2.4 最小势能法14-15
• 1.3 本文的研究内容15-16
• 1.4 技术路线16-17
• 第二章 改进的最小势能法二维边坡稳定性分析17-33
• 2.1 引言17-18
• 2.2 滑体势能函数的构建18-21
• 2.2.1 弹性势能函数的构建18-19
• 2.2.2 剪切势能函数的构建19-21
• 2.2.3 总势能函数的构建与虚位移的确定21
• 2.3 安全系数的确定21-23
• 2.3.1 抗滑力的求解22
• 2.3.2 下滑力的求解22
• 2.3.3 安全系数的计算22-23
• 2.4 多地层二维边坡分析方法23-26
• 2.4.1 基本假定23-24
• 2.4.2 势能函数的构建24-25
• 2.4.3 安全系数的求解25-26
• 2.5 算例验证26-31
• 2.5.1 算例127-29
• 2.5.2 算例229-30
• 2.5.3 算例330-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第三章 改进的最小势能法三维边坡稳定性分析33-52
• 3.1 引言33-34
• 3.2 滑体势能函数的建立34-38
• 3.2.1 弹性势能35
• 3.2.2 剪切势能与总势能35-38
• 3.3 滑体虚位移的求解38-40
• 3.4 安全系数的求解40-42
• 3.4.1 建立剪应力方向向量计算模型40-41
• 3.4.2 抗滑力的计算41-42
• 3.4.3 下滑力的计算42
• 3.4.4 安全系数的计算42
• 3.5 多地层边坡的稳定性分析方法42-46
• 3.5.1 计算模型43
• 3.5.2 总体势能函数的建立43-45
• 3.5.3 安全系数的求解45-46
• 3.6 算例对比验证46-50
• 3.6.1 算例146-49
• 3.6.2 算例249
• 3.6.3 算例349-50
• 3.7本章小结50-52
• 第四章 边坡模型试验52-63
• 4.1 引言52-53
• 4.2 试验器材与方案53-54
• 4.2.1 试验器材53
• 4.2.2 试验方案53-54
• 4.3 试验过程54-59
• 4.4 试验结果分析59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 边坡稳定性分析程序的开发63-75
• 5.1 引言63-65
• 5.2 程序开发65-70
• 5.2.1 界面设计65-67
• 5.2.2 程序设计67-70
• 5.2.3 程序封装70
• 5.3 程序的执行70-74
• 5.3.1 二维边坡71-72
• 5.3.2 三维边坡72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 结论与建议75-77
• 6.1 主要结论75
• 6.2 建议75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间的研究成果82-83

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本文编号：337070