基于FLAC3D强度折减法的研究与工程应用

摘要

边坡稳定性数值分析是岩土工程最常见的问题,随着计算机技术的发展,强度折减法的边坡稳定性分析成为新的趋势和热点;与传统的极限平衡法相比,强度折减法不但满足力的平衡条件,而且考虑了材料的应力应变关系,同时还能反映边坡失稳及塑性区的变化过程。本文针对强度折减法的相关问题进行了研究,全文主要包括以下几个方面的研究内容:
　　(1)概述了边坡破坏模式和变形规律,边坡稳定性分析方法,总结了前人关于强度折减法的研究成果。
　　(2)建立同一边坡模型采用FLAC3D软件进行弹塑性稳定分析,将三种失稳判据下的安全系数对比,给出了各个判据的合理性和实用性。其中计算不收敛判据中采用了改进的“二分法”,位移突变判据讨论了关键点选取位置和位移方式。
　　(3)分析了抗剪强度参数 c、φ对边坡稳定敏感性分析,论证了c、φ折减的不同步性;考虑了弹性参数、剪胀角、抗拉强度单因素变化时对安全系数和滑动面的影响,并对抗剪强度参数折减区域进行了分析讨论。
　　(4)为了扩大强度折减应用范围,介绍了Drucker-Prager准则的5种形式,推导了Mohr-Coulomb准则与 Drucker-Prager准则间的参数关系,实现了不同Drucker-Prager准则间安全系数的转换方式,通过模型算例对比分析了5种Drucker-Prager准则下的安全系数。基于强度折减法介绍了Hoek-Brown准则表达形式、参数选取计算,推导了Hoek-Brown准则参数与 Mohr-Coulomb准则参数参数转换公式,对 Hoek-Brown准则强度参数 mi、 σci、GSI、D进行了敏感性分析。
　　(5)结合边坡工程实例,分别采用Slide、ANSYS、FLAC3D软件,基于Mohr-Coulomb和Hoek-Brown两种准则对边坡进行稳定性分析。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 边坡破坏模式及变形规律

1.3 边坡稳定性分析方法概述

1.4 强度折减法研究现状和安全系数定义形式

1.5 本文主要研究内容

2 强度折减法的边坡临界失稳判据研究

2.1 引言

2.2 FLAC3D 简介

2.3 强度折减原理及相关问题讨论

2.4 弹性参数对安全系数影响的讨论

2.5 不同失稳判据的分析

2.6 小结

3 安全系数影响因素分析及参数折减范围探讨

3.1 引言

3.2 抗剪强度参数的边坡稳定敏感性分析

3.3 弹性参数和剪胀角、抗拉强度对安全系数的影响分析

3.4 抗剪强度折减参数范围探讨

3.5 小结

4 强度折减法在其它屈服准则中的应用

4.1 引言

4.2 基于 Drucker-Prager 准则的强度折减法应用

4.3 基于 Hoek-Brown 准则的强度折减法应用

4.4 小结

5 强度折减法的工程实例应用

5.1 概述

5.2 边坡稳定性分析

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附 录