RFPA离心机法在岩土工程破坏分析中的应用研究

论文摘要

近年来,随着计算机技术的发展,基于强度折减原理的有限元方法在边坡等岩土工程的稳定性分析中得到了广泛应用,其最大优点是可以在模型中考虑复杂的岩土工程结构并能自动获得潜在滑面。但是,该方法的一个重要不足之处在于强度参数的折减方式存在很多争议,到目前也没有获得共识。此外,强度折减法所得到的分析结果也难以与物理试验相互验证,使强度折减法的应用前景受到挑战。在岩土工程领域,常用来对实际工程状况进行考察的手段主要有原型观测和模型试验。原型观测是最直接、结果最有说服力的方法,但是步骤繁杂、耗资巨大。常规摸型试验则不能满足模型与原型应力水平相同的相似性条件。土工离心试验不但可以减小模型尺寸,满足相似性条件,而且还可以建立各种非均质模型,模拟各种复杂的工程情形,从而提高了模型的预测能力,因此在岩土工程中广泛运用。本文运用RFPA数值试验方法,提出借助岩土工程中广泛使用的土工离心试验原理仅增加模型体力来评估模型的安全储备,克服了强度折减法折减参数难以确定的弊端,通过不同比例尺下均质、非均质模型的数值计算,其应力场、位移场和破坏模式均符合离心试验的相似比关系,结合对巷道工作面破坏的离心物理试验的数值模拟,体现了RFPA离心机法分析结果可以与物理试验相互验证的优势。对不同参数下均质土坡破坏的数值模拟结果显示,与传统方法相比,RFPA离心机法对滑动面的位置和形状无需进行任何的假定就可以得到,同时获得相应的安全系数和整个渐进破坏过程；对于传统方法难以搜索滑动面的岩质边坡,通过含不同弱层、含不同节理情况下岩质边坡破坏的模拟分析,验证RFPA离心机法在岩质边坡分析中的可用性,同时也用RFPA离心机法再次证明了弱面、节理对岩质边坡破坏起主控作用的破坏机理；主要岩种力学性质试验获得真实数据基础上对南芬露天矿滑坡实例的数值模拟以及山东某填土路基破坏的数值模拟,得到了与实际相吻合的结论,有力地说明了RFPA离心机法在岩土工程稳定性分析中的可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 数值分析方法
• 1.2.2 土工离心试验
• 1.3 研究思路
• 1.4 研究内容
• 1.5 创新点
• 1.6 篇章结构
• 第二章 RFPA及其离心机法原理与模拟例证
• 2.1 RFPA概述
• 2.1.1 系统设计思想
• 2.1.2 RFPA中的有限元计算
• 2.1.3 网格划分
• 2.1.4 单元参数赋值
• 2.1.5 RFPA分析流程图
• 2.1.6 RFPA系统特点
• 2.2 RFPA的模拟验证
• 2.2.1 物理试验
• 2.2.2 数值模拟
• 2.2.3 结果分析
• 2.2.4 数值试验
• 2.3 RFPA离心机法
• 2.3.1 离心试验概述
• 2.3.2 离心试验原理
• 2.3.3 RFPA离心机法基本原理
• 2.4 RFPA离心机法模拟例证
• 2.4.1 均质模型
• 2.4.2 非均质模型
• 2.5 巷道工作面破坏离心试验
• 2.5.1 物理试验
• 2.5.2 数值模拟结果
• 2.5.3 数值试验
• 第三章 土质边坡破坏过程分析
• 3.1 边坡稳定性分析方法
• 3.1.1 定量分析方法
• 3.1.2 定性分析方法
• 3.1.3 边坡稳定性研究发展趋势
• 3.2 均质土坡算例分析
• 3.2.1 模型参数
• 3.2.2 数值计算
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 参数对土坡稳定性的影响分析
• 3.3.1 坡高
• 3.3.2 坡角
• 3.3.3 内聚力
• 3.3.4 C,f变化
• 3.4 工程算例分析
• 3.4.1 模型及参数
• 3.4.2 数值计算
• 3.4.3 结果分析
• 第四章 岩质边坡破坏过程分析
• 4.1 概述
• 4.2 含软弱层岩质边坡
• 4.2.1 含单一水平软弱层
• 4.2.2 多岩层开挖
• 4.3 含节理岩质边坡
• 4.3.1 45°倾斜非连续节理
• 4.3.2 含不同迹长节理
• 4.3.3 含不同岩桥节理
• 4.3.4 含一组平行节理
• 4.3.5 两组交叉节理边坡开挖
• 4.4 工程算例分析
• 4.4.1 模型及参数
• 4.4.2 数值计算
• 4.4.3 结果分析
• 第五章 南芬露天矿滑坡实例分析
• 5.1 滑坡概况
• 5.2 地质特征
• 5.2.1 矿区地质概况
• 5.2.2 滑坡区地质特征
• 5.3 滑坡破坏特征
• 5.4 岩石力学试验
• 5.4.1 容重实验
• 5.4.2 单轴抗压试验
• 5.4.3 弹性模量与泊松比
• 5.4.4 剪切试验
• 5.4.5 数据处理
• 5.5 滑坡模拟
• 5.5.1 模型参数
• 5.5.2 数值模型
• 5.5.3 数值计算
• 5.5.4 结果分析
• 5.6 边坡加固
• 5.6.1 锚杆支护数值试验
• 5.6.2 结果分析
• 第六章 填土路基破坏过程分析
• 6.1 概述
• 6.2 填土路基破坏形式
• 6.3 数值模拟
• 6.3.1 加宽
• 6.3.2 加宽加高
• 6.4 路基破坏形成原因
• 6.5 路基破坏防治建议
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况
• 作者简历