基于有限元强度折减法的岩土边坡稳定性分析——以桂林龙胜某边坡工程为例

摘要

岩土边坡稳定性问题历来就是岩土界和地质界重点关注的问题,在众多边坡稳定性分析方法中被广泛采用的主要有极限平衡法和数值分析法等,但极限平衡法存在过多假定且不能考虑岩土材料应力应变关系等问题,而常规数值分析法又不能将所求结果与传统评价指标相联系。有限元强度折减法则既具备数值分析法优点又克服极限平衡法存在的缺点,能直接求出边坡强度储备安全系数及滑裂面位置,因此该法正逐渐受到重视,但该法还存在些问题需要解决,在工程实践中还不成熟。
　　鉴于此,本文对有限元强度折减法开展了较系统的研究工作,并对该法在岩土边坡稳定性分析与抗滑桩加固方面进行探索性研究,主要研究内容如下:
　　(1)首先对岩土边坡稳定性分析方法及现状进行较详细分析,包括极限平衡法、极限分析法、工程地质分析法、数值分析法及可靠性分析法等。重点对有限元强度折减法的边坡稳定性研究成果进行系统总结。
　　(2)系统阐述有限元强度折减法的基本原理,重点对其安全系数定义、本构模型及大小变形假设作了探讨,详细分析了折减计算流程、流动准则与硬化规律。
　　(3)通过对边坡失稳破坏判据(有限元计算收敛性、塑性区是否贯通以及特征点位移突变)适用性进行探讨,并结合边坡破坏特征提出“综合失稳判据”作为边坡失稳判据,并经边坡工程实例对其合理性进行验证。
　　(4)系统归纳各Drucker-Prager准则及其在π平面屈服圆半径的表达式;由于软件ANSYS只提供外接圆DP1准则,因此本文根据各屈服准则在π平面屈服圆半径与安全系数间关系详细推导出各D-P准则下安全系数与软件ANSYS所提供DP1准则计算结果间的转换式,从而使不同D-P准则能在ANSYS中对边坡稳定性进行分析,并结合典型边坡算例将各D-P准则下计算结果与极限平衡法结果作对比,验证所得转换式的正确性并获取精度较高的D-P准则。
　　(5)结合典型算例,通过有限元强度折减法对岩土边坡稳定性影响因素进行了分析,包括粘聚力c、内摩擦角φ、弹性模量E、泊松比υ、剪胀角ψ;探索性地研究了地震作用和复杂滑坡潜在多滑裂面对边坡稳定性的影响;简要分析水的作用对边坡稳定性影响机理。
　　(6)对桂林龙胜某边坡实例暴雨工况下自然状态和削坡加固状态,结合所建连续介质模型与综合失稳判据,进行了强度折减有限元稳定性分析,并求得该边坡极限平衡状态抗滑桩桩身内力及其分布情况,初步探讨了有限元强度折减法在边坡工程实践中的可行性与优越性。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 岩土边坡稳定分析方法研究现状

1.3 有限元强度折减法研究现状

1.4 岩土边坡稳定性分析方法存在的问题

1.5 本文主要研究内容

第二章 有限元强度折减法原理及其在软件ANSYS的实现

2.1 通用有限元软件ANSYS介绍

2.2 有限元强度折减法基本原理

2.3 有限元强度折减法分析岩土边坡实现的要点

第三章 有限元强度折减法中岩土边坡稳定性影响因素分析

3.1 岩土材料强度参数对边坡稳定性的影响

3.2 弹性模量及泊松比对边坡稳定性的影响

3.3 地震作用对边坡稳定性的影响分析

3.4 复杂滑坡潜在多滑裂面对岩土边坡稳定性的影响

3.5 水的作用对边坡稳定性的影响机理分析

第四章 桂林龙胜某边坡工程有限元强度折减法稳定性分析

4.1 边坡工程概述

4.2 边坡强度折减有限元分析模型信息

4.3 暴雨工况下边坡未加固状态有限元强度折减法稳定性分析

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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