内凹弯道边坡三维稳定性分析方法研究及数值模拟

论文摘要

边坡稳定问题是土力学中的三大经典问题之一,边坡工程稳定性分析是国内外岩土工程领域的一个研究热点。我国经济建设快速发展和基础设施建设的大规模进行,产生了大量边坡工程。传统的方法将边坡简化为平面应变问题,没有考虑具体地形变化,比如内凹弯道边跑,弯道半径和土条环向侧向土压力对其稳定性的三维影响研究较少,对于这类边坡,其计算结果与实际有较大的出入,且不确定是否偏于安全。本文选取内凹弯道处的边坡为研究对象,以传统的瑞典圆弧法和毕肖普法为理论基础,建立三维边坡稳定性分析模型,在分析时考虑土条环向侧向土压力的作用和弯道半径变化的影响,推导出三维边坡稳定性安全系数计算公式,针对工程实例和算例结果分析可得内凹弯道边坡稳定安全系数随半径增大而增大。结合工程实例,运用ADINA有限元程序,建立轴对称模型进行数值模拟,将计算结果与潜在滑移线理论结合,得到边坡的稳定安全系数和潜在滑移线图。通过改变内凹弯道边坡的半径,得出边坡稳定安全系数和潜在滑移线图随半径变化的规律,并与改进的安全系数计算公式的计算结果对比,二者结论一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 边坡的类型
• 1.2.1 常规边坡
• 1.2.2 内凹弯道边坡
• 1.3 边坡破坏类型及其影响因素
• 1.3.1 边坡破坏常见影响因素
• 1.3.2 内凹边坡破坏的影响因素
• 1.4 边坡稳定分析方法研究现状
• 1.4.1 定性分析法
• 1.4.2 极限平衡法
• 1.4.3 有限单元法
• 1.4.4 极限分析法
• 1.4.5 不确定分析方法
• 1.5 边坡稳定性研究的发展趋势
• 1.6 本文研究的目的和意义
• 1.7 本文研究的主要内容及创新点
• 第二章 二维边坡稳定性分析计算公式概述
• 2.1 极限平衡法
• 2.1.1 瑞典法
• 2.1.2 简化毕肖普法
• 2.1.3 Janbu法
• 2.1.4 不平衡推力法
• 2.1.5 Morgenstern-Price法
• 2.1.6 Spencer法
• 2.2 极限平衡法中各算法比较
• 2.3 小结
• 第三章 三维内凹边坡稳定性分析公式推导
• 3.1 引言
• 3.2 研究对象及基本原理
• 3.3 瑞典圆弧法改进
• 3.3.1 受力分析
• 3.3.2 改进瑞典圆弧法公式推导
• 3.4 毕肖普法改进
• 3.4.1 受力分析
• 3.4.2 改进毕肖普法公式推导
• 3.5 算例分析
• 3.6 小结
• 第四章 三维内凹边坡潜在滑移面数值分析
• 4.1 潜在滑移线理论简介
• 4.2 ADINA简介
• 4.2.1 接触设置
• 4.2.2 岩土材料
• 4.3 算例及实例
• 4.3.1 建模过程
• 4.3.2 公路路堤
• 4.3.3 土坝
• 4.3.4 矿山边坡
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目