基于能量原理的有限元强度折减法分析边坡稳定

论文摘要

有限元法对边坡稳定问题的分析优势明显,相对于传统极限平衡法的过多假设而可以考虑影响边坡稳定的多数主要因素。有限元强度折减法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到重视,但是这种方法目前在工程中的应用还不成熟。本文针对此种方法的相关问题进行了研究,主要工作包括:(1)首先介绍了边坡稳定安全系数的定义、有限元模拟边坡的实现要点和有限元强度折减法的基本思路;对比分析各种边坡失稳判别准则;以澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的均质土坡考题为算例分析有限元强度折减法的可行性。(2)建立了基于结构分析的能量准则的边坡失稳判别方法;用该失稳判别方法为基础的有限元强度折减法对二维算例边坡进行计算分析,讨论坡体的位移在折减过程中的变化与边坡滑动面的位置。(3)分析了采用不同屈服准则的计算结果间相互转换的原理,并提出相应的公式,以算例验证其可行性;分析了材料强度参数岩土粘聚力c、内摩擦角φ、剪胀角ψ、弹性模量E、泊松比ν以及二维平面应变假设的对安全系数计算的影响;通过正交试验方法分析各种参数影响的大小。(4)对一路堑边坡工程实例的开挖前后和加固后几个不同工况应用结合了本文提出的失稳判别准则的有限元强度折减法进行了稳定分析,初步探讨了本文方法应用于工程实践的可行性和效果。最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 边坡稳定性概念
• 1.2 边坡稳定分析的研究现状
• 1.2.1 主要边坡稳定分析方法
• 1.2.2 边坡稳定分析方法研究存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 有限元强度折减法
• 2.1 边坡的安全系数定义
• 2.2 有限元模拟边坡的实现要点
• 2.2.1 本构模型的选取
• 2.2.2 强度准则的选取
• 2.2.3 流动法则的选取
• 2.2.4 大小变形假设的选择
• 2.3 有限元强度折减法
• 2.4.1 强度折减系数定义与传统强度储备系数定义的关系
• 2.4.2 弹塑性有限元强度折减法的基本原理
• 2.4.3 有限元强度折减法失稳判据
• 2.4.4 算例可行性分析
• 第3章 基于能量原理的有限元强度折减法
• 3.1 基于能量原理的有限元折减法分析边坡稳定
• 3.1.1 有限元方法中弹塑性系统稳定判别依据
• ep特性及总体切线刚度矩阵性质'>3.1.2 有限元弹塑性矩阵D_ep特性及总体切线刚度矩阵性质
• 3.1.3 单元塑性状态的确定
• 3.1.4 有限元强度折减法流程图
• 3.2 基于能量法的有限元折减法在通用有限元软件ANSYS的实现
• 3.2.1 有限元模型
• 3.2.2 有限元强度折减计算
• 3.2.3 塑性区单元矩阵与临界状态总刚矩阵性质讨论
• 3.2.4 边坡破坏过程分析
• 3.2.5 强度折减过程中的位移变化速率的突变
• 3.2.6 边坡滑动面的确定
• 第4章 有限元强度折减法的影响因素分析
• 4.1 影响边坡稳定性的因素
• 4.2 屈服准则的选取对安全系数计算结果的影响
• 4.2.1 Drucker-Prager屈服准则
• 4.2.2 同一材料不同屈服面形状确定
• 4.2.3 同一边坡应用不同屈服准则得到强度折减系数的相互转换
• 4.2.4 算例分析
• 4.3 材料强度参数岩土粘聚力C、内摩擦角（?）、剪胀角ψ
• 4.3.1 粘聚力c对安全系数计算的影响
• 4.3.2 内摩擦角ψ对安全系数计算的影响
• 4.3.3 剪胀角ψ对安全系数计算的影响
• 4.4.4 弹性模量E、泊松比v对安全系数计算的影响
• 4.5 平面应变假设的采用对有限元强度折减法边坡稳定分析的影响
• 4.5.1 模型建立
• 4.5.2 结果对比分析
• 4.5.3 平面应变简化对不同边坡稳定分析方法的影响
• 4.6 边坡有限元强度折减法计算对各种参数的敏感性分析
• 4.6.1 正交试验法简介
• 4.6.2 正交试验分析
• 第5章 工程实例分析
• 5.1 边坡概况
• 5.2 工程地质评价
• 5.2.1 地层构成
• 5.2.2 岩土物理力学指标
• 5.3 边坡稳定分析
• 5.3.1 分层土体折减系数设置
• 5.3.2 边坡稳定分析截面选取
• 5.3.3 开挖前工况稳定分析
• 5.3.4 开挖后无加固措施工况稳定分析
• 5.3.5 抗滑桩加固后边坡稳定分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文主要成果
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果