基于Ansys滑动面搜索与加筋边坡稳定性分析

发布时间：2020-05-31 23:48

【摘要】：在当今国内外自然灾害频发的背景下,对边坡的加固变得越来越重要,具有较高的研究价值,对保障广大人民的生命财产安全起到重要作用。利用ansys软件完成了基于弹性应变能突变的滑动面搜索方法,得出最小加筋长度为6m。本文还运用ansys软件模拟分析加筋边坡稳定性,通过和未加筋边坡位移和塑性变形对比,说明筋材能够有效的提高边坡的稳定,同时也研究了加筋层数、筋材长度和土体重度三种影响加筋边坡稳定性因素做了分析,得出了一些对边坡加筋形式有指导作用的结论,分析了加筋边坡内部应力、应变特性以及土工格栅特性。本文主要的研究内容和研究成果如下:(1)分析了整个边坡的能量储存、能量转换以及能量释放。边坡破坏的过程是一种能量释放的过程,随着折减系数的增加,弹性应变能先增大后减小,边坡体积先减小后增大,弹性应变能释放减小,体积增大,说明部分弹性应变能转化成了边坡动能,体积突变过程和弹性应变能趋势转换几乎是同步的,弹性应变能突变和体积突变可以作为边坡破坏的参考。(2)边坡失稳破坏时滑动面处会发生滑动和塑性变形,而这种能量最直接的来源就是滑动面处土体的弹性应变能释放,基于这种理论,我们开发了一种滑动面搜索方法,并用ansys软件完成了对经典边坡滑动面位置的确定,该方法与Spencer法所得滑动面基本接近,说明这种方法是可靠的。(3)在运用ansys模拟加筋边坡分析时,随着加筋层数的增加,边坡最大水平位移降低明显,当加筋层数达到四层时,减少不是很明显,在工程实际中应当合理添加层数,过多只会造成浪费;筋材长度达到7.5m才会对边坡稳定起到作用,筋材增加到17.5m,最大水平位移减小的幅度越来越小;随着土体重度的减小,加筋效果越明显,有效的抑制了水平扰动,随着土体重度增加,反而不明显。(4)分析了加筋边坡内部稳定性,加筋后土体应力、应变都呈减小趋势,边坡达到临界状态时,斜坡和边坡顶部土体应力、应变发生震荡,应变、应变关系不再是线性,发生了明显的塑性变形,边坡中下部土体较为稳定,土工格栅的位移呈现两边小、中间大,总体位移比格栅周围土体小,体现了格栅的较好的抗拉性能。
【图文】：

双向土工格栅

成型的具有一定大小方形或矩形孔眼的网状聚合物，见图 1.1。(a) 单向 (b) 双向图1.1 单向和双向土工格栅土工格栅相较于其他土工材料，其产品因拉伸使强度和刚度都有较大的提高，孔眼可根据实际需求进行定制，可以和较大的土、石料咬合，材料不仅材料本身的抗拉刚度高，而且与土作用能够发挥很好的咬合力，促使加筋后与土体之间摩擦力增大，对土体加筋之后能够有效改善土体强度。随着对土工格栅特性的进一步研究和实践，已经发现其具有其它土工材料（土工布、土工膜、土工膜袋等）更大的优势，使其在世界范围内加固公路路基、边坡防护、修建挡土墙等诸多领域得到了较广泛的运用，取得了巨大的经济效益和显著的社会效益[2,5]。一直以来，矿山固体废物堆存在相对复杂的环境下，，容易诱发次生地质灾害，例如排土场滑坡、矿体泥石流、尾矿库溃坝等重大工程和地质灾害

房屋建筑,山体崩塌

发生山体大规模滑动，滑动的土体规模达30万余方，造成当地居民的27户房屋建筑被埋，住户人员情况还未知，丽水市有关部门立即启用Ⅰ级响应的搜救预案，全力进行搜救，大面积的滑坡体已经造成26人遇难，11人处于失联状态。2017年6月24日早上6时许，四川省茂县的新磨村突然发生部分山体山顶的垮塌，附近40余户住房以及100余人都被埋在滑坡体内，河道淤塞超过2公里。6月26日，茂县“6·24”特大山体滑坡灾害抢险救灾第五场新闻发布会发布了伤亡最新信息：发现10具遇难者遗体，在较早前公布的118名失联人员名单中，已确认15人安全，任然有103人处于失联状态。边坡的危害越来越被大家认知，对边坡如何加固成了一个重要的课题。较早的边坡问题主要是依靠极限平衡法进行分析和判定，但极限平衡法在理论上研究整体边坡的稳定性，边坡内部的变形特征无从得知，可以通过现场测量得到边坡的位移以及滑动情况，边坡从稳定到破坏的变形特性如果能知道，这将对边坡进行加固措施，从而防止边坡失稳破坏变得尤其关键，对不稳定边坡的监控和完善具有很高的研究价值，对泥石流滑坡这类自然灾害应该以预防监测为主，在威胁人民群众生命财产的潜在滑坡进行治理。土工格栅是一种良好的加固边坡的材料，对于土工格栅加筋机理以及作用研究变得越来越重要，为实际工程提供可靠的模型依据。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43

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