基于离散元的松散堆积体高边坡稳定性研究

发布时间：2017-05-01 12:14

  本文关键词：基于离散元的松散堆积体高边坡稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在西南山区公路建设中,会经常遇到松散堆积体。这些堆积体会给路基、隧道或者桥梁修筑时带来诸多困难,甚至出现灾害。而目前对其的研究不够,所采取的数值模拟方法一般是有限元和拉格朗日法等,这些方法不能够准确模拟其散体状态,而颗粒离散元的方法能够较好的对其模拟分析。本文的研究以重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室开放基金项目《基于离散元理论的松散堆积体高边坡稳定性研究》(编号:LHSYS-2013-007)为支撑,依托走马岭隧道边仰坡为工程实例,采用颗粒离散元软件PFC2D从细观力学层面,研究松散堆积体颗粒间粘结强度的变化及位移、破坏的发生发展过程。同时,结合室内大型直剪试验以及室内模型试验等,得出如下结论:1、本文通过对堆积体区隧道边坡的失稳模式的研习,了解了其失稳机理。运用室内大型直剪仪获取了堆积体的物理力学参数,将室内实验数据运用到Plaxis2D数值模拟中,监测了堆积体的位移,并分析了其稳定性。2、通过采用有限元软件Plaxis2D和离散元软件PFC2D分别对走马岭隧道出口段边坡的数值模拟,发现有限元软件不能较好的模拟松散堆积体的状态,无法模拟出松散堆积体不连续这一特性,分析所得结果存在局限性,而离散元理论可以较好的解决这一问题。3、本文着重采用离散单元理论来研究松散堆积体边坡,尝试性的使用PFC2D数值模拟软件对走马岭隧道出口段边坡进行数值模拟,通过室内试验和PFC2D模拟的三轴试验对比分析,获取了数值模拟颗粒参数。研究了三种坡比开挖下边坡的稳定性,并根据模拟的结果,分别分析了在不同密度的锚杆加固下其坡顶、坡腰和坡脚处的位移,较好的解决了松散堆积体介质不连续这一模拟难题,并试探性的给出了工程防护建议。
【关键词】：松散堆积体 细观力学 大型直剪 隧道 颗粒离散元
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.14
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国内研究现状10-12
• 1.2.2 国外研究现状12
• 1.3 研究现状分析12-13
• 1.3.1 极限平衡法12
• 1.3.2 有限单元法12-13
• 1.3.3 有限差分法13
• 1.3.4 边界元法13
• 1.3.5 离散单元法13
• 1.4 主要研究方法比较13-14
• 1.5 研究技术路线14-15
• 第二章 松散堆积体物理力学性质研究15-35
• 2.1 地质力学模型试验15-17
• 2.1.1 概述15-16
• 2.1.2 相似原理16
• 2.1.3 相似条件16-17
• 2.2 松散堆积体的物理特征17-20
• 2.2.1 筛分试验18-19
• 2.2.2 级配特征19-20
• 2.3 室内模型实验20-23
• 2.3.1 模型材料20-21
• 2.3.2 实验结果整理21-23
• 2.3.3 小结23
• 2.4 松散堆积体抗剪强度23-34
• 2.4.1 概述23-24
• 2.4.2 试验取样24
• 2.4.3 室内大型直剪试仪器24-27
• 2.4.4 室内大型直剪试验方案27-28
• 2.4.5 室内大型直剪试验28-29
• 2.4.6 试验结果整理29-33
• 2.4.7 试验结果分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 松散堆积体区边坡失稳机理研究35-44
• 3.1 失稳模式分类35-36
• 3.1.1 平面破坏35-36
• 3.1.2 局部塌陷破坏36
• 3.1.3 堆塌破坏36
• 3.2 失稳机理36-43
• 3.2.1 深埋基岩堆积体边坡37-40
• 3.2.2 浅埋基岩堆积体边坡40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 走马岭隧道出口段边坡稳定性分析44-50
• 4.1 工程概况44-46
• 4.1.1 边坡工程地形地貌44-45
• 4.1.2 边坡工程气象、水文、地质概况45
• 4.1.3 隧道出口段边坡岩体的物理力学性质45-46
• 4.2 走马岭隧道洞口边坡稳定性分析46-49
• 4.2.1 基于简化Bisop条分法的边坡稳定性计算46-47
• 4.2.2 隧道出口段边坡稳定性有限元分析47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 走马岭隧道出口段堆积体边坡稳定性离散元分析50-63
• 5.1 PFC（PARTICLE FLOW CODE)简介50-52
• 5.1.1 PFC2D基本假定与主要特点50-51
• 5.1.2 PFC2D应用领域51-52
• 5.1.3 PFC2D基本理论52
• 5.2 模型的建立52-54
• 5.3 数值模拟结果分析54-61
• 5.3.1 不支护开挖54-57
• 5.3.2 锚杆防护后开挖分析57-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 结论和建议63-65
• 6.1 主要结论63-64
• 6.2 进一步研究的建议64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果71

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