基于有限元强度双折减法的土质边坡稳定性分析

发布时间：2017-09-10 21:04

  本文关键词：基于有限元强度双折减法的土质边坡稳定性分析

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【摘要】：近年来,我国在铁路、公路及水利工程等基础设施建设中修建了大量的边坡工程,然而边坡工程的失稳也时有发生,边坡工程的稳定性引起了广泛关注。边坡稳定性分析中,极限平衡法,如Fellenius法、Bishop法及Janbu法等是最常用的方法,然而,由于岩土材料的复杂性及不确定性,极限平衡法不能够全面描述土体在荷载作用下的变化规律,而且在理论分析中具有一定的局限性,例如在分析边坡时往往先要人为假设滑动面,再将土体划分为条块,最后对各个土体条块进行受力分析,建立大量力学方程才可以分析计算。由于这类方法假设条件过多,无法将很多地质条件因素纳入考虑,求解过程繁琐,导致不能很好的模拟真实情况下边坡的失稳过程。随着计算机技术的快速发展,数值方法凭借求解精确度高,无需人为假定滑动面,能够与更精确的本构模型及屈服准则相结合,成为当前对边坡稳定性分析运用的主流方法。本文采用数值方法中的有限元分析法,结合强度折减理论,利用ANSYS软件为平台,主要完成了以下工作:(1)归纳总结了边坡稳定性分析理论,重点阐述了有限元法与强度折减法的基础理论,并对土体本构模型及屈服准则进行了介绍分析,从中确定本文以D-P屈服准则作为模拟分析基础。(2)利用具体算例对有限元强度折减法的分析过程进行了具体说明,包括逐渐提高折减系数时边坡的位移与内部塑性区的变化规律以及边坡失稳时坡面特征点处发生的位移变化特性。(3)本文建立了多个不同坡角的边坡计算模型,研究了两个土体抗剪参数c与?在强度折减过程中对坡体稳定性影响。通过三种折减方式对每个模型进行模拟分析,得到了当边坡坡角大于45°时应对两抗剪参数采用k=0.9的比例关系进行折减,当边坡坡角小于45°时应对两抗剪参数采用k=0.7的比例关系进行折减。(4)以毕都高速公路某边坡工程为例,建立了数值分析模型,计算分析了该边坡工程的位移及塑性区的扩展,计算结果表明该原状边坡的稳定性系数为1.07;在此基础上,提出了放坡减载和锚杆加固两种治理方案,计算结果表明两套加固方案将边坡稳定性系数分别提高到1.27与1.36,推荐采用锚杆加固方案加固该处边坡。
【关键词】：边坡稳定性 强度折减法 有限元
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 极限平衡法9-11
• 1.2.2 数值分析法11-12
• 1.2.3 强度折减法12-13
• 1.3 本文的主要研究工作13-14
• 2 有限元强度折减法的原理14-22
• 2.1 有限元法的基本理论14-19
• 2.1.1 微分方程14-17
• 2.1.2 位移有限单元法17-19
• 2.2 有限元强度折减法19-22
• 2.2.1 边坡安全系数的定义19
• 2.2.2 传统等比例强度折减法19-20
• 2.2.3 强度双折减法20-22
• 3 土体本构模型与屈服准则22-39
• 3.1 土体的本构模型22-27
• 3.1.1 弹性模型23-25
• 3.1.2 弹塑性模型25-27
• 3.2 屈服条件的相关理论27-33
• 3.2.1 应力张量与应力空间27-31
• 3.2.2 应变张量与应变空间31-33
• 3.3 常用的屈服准则33-39
• 3.3.1 摩尔—库仑准则33-35
• 3.3.2 米泽斯准则35-36
• 3.3.3 德鲁克—普拉格准则36-39
• 4 有限元强度双折减法的应用39-53
• 4.1 有限元分析法中边坡失稳判据39-43
• 4.2 有限元强度双折减法43-53
• 4.2.1 只折减内摩擦角43-46
• 4.2.2 只折减粘聚力46-48
• 4.2.3 同时折减粘聚力与内摩擦角48-53
• 5 毕都高速公路边坡稳定性分析53-60
• 5.1 工程概况53-54
• 5.1.1 自然地理情况53
• 5.1.2 工程地质条件53-54
• 5.2 边坡稳定性分析54-56
• 5.2.1 有限元模型的建立55
• 5.2.2 计算结果及分析55-56
• 5.3 边坡加固措施56-60
• 5.3.1 方案一放坡减载56-57
• 5.3.2 方案二锚杆加固57-60
• 结论与展望60-62
• 结论60
• 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66

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本文编号：826601