基于有限元计算的边坡稳定性极限平衡法研究

摘要

长期以来，边坡稳定性的研究一直是科学界及工程界研究的热点和难点之一。随着中国国民经济的发展，尤其是西部大开发战略的实施，铁路、公路、水利工程等基础设施建设方兴未艾，这些工程中经常会涉及到边坡稳定问题。因此，边坡稳定性问题是土木工程领域较为重要的理论和工程问题。
　　在边坡的稳定性分析中，极限平衡分析法是一种传统的方法，一直以来被工程界广泛应用。其主要原因是：概念清晰、容易理解和掌握，其分析结果能较好的反应边坡的稳定性。由于在计算过程中引入了一些假定，也并未考虑岩土的非线性本构关系，因此计算结果偏于保守。所以本文在传统极限平衡分析法的基础上，借助现代有限元非线性理论对边坡整体稳定性进行分析和研究。
　　本文借助于有限元，对边坡进行弹塑性数值计算，根据等效塑性应变确定边坡最危险滑面的位置，并计算滑面上分布的正应力与切应力，沿用传统极限平衡法中安全系数的定义计算边坡的安全系数。文中采用该方法研究了均质土坡、非均质土坡的整体稳定性。并将计算结果与传统的极限平衡法进行了比较。通过改变土体的摩擦角、土体的粘聚力、坡高、坡角等因素，计算边坡的安全系数，分析这些因素对边坡稳定的影响规律。
　　加筋土技术是解决填土边坡稳定的有效技术手段，通过在填土中铺设加筋材料增加边坡的稳定性。本文基于极限平衡理论推导了加筋土坡安全系数的计算表达式。采用基于有限元的极限平衡方法研究了加筋材料、加筋间距、加筋总量等因素对加筋边坡的安全系数的影响，并分析这些因素对边坡稳定的影响规律。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 边坡与边坡工程

1.2 边坡稳定分析方法概述

1.3 加筋土技术

1.3.1 加筋土技术在国内外的发展及应用

1.3.2 加筋土设计方法概述

1.4 研究目的及意义

1.5 本文课题来源及主要工作

第2章 边坡稳定分析的极限平衡法

2.1 概述

2.2 极限平衡分析法

2.2.1 瑞典条分法

2.2.2 毕肖普法

2.2.3 简布普遍条分法

2.2.4 分块极限平衡法及萨尔玛法

2.2.5摩 根斯坦-普赖斯法

2.2.6 孔隙压力问题

2.3 本章小结

第3章 非线性有限元及弹塑性理论

3.1 概述

3.2 有限元基本原理

3.3 弹塑性分析理论

3.3.1 屈服准则

3.3.2 流动准则

3.3.3 硬化准则

3.4 非线性分析方法

3.4.1 直接迭代法

3.4.2 增量法

3.4.3 增量迭代法

3.5 本章小结

第4章 基于有限元分析的极限平衡法边坡稳定理论研究

4.1 基于有限元分析的极限平衡法的基本原理

4.1.1 安全系数的物理意义

4.1.2 确定滑裂面位置

4.1.3 基于有限元分析的极限平衡法精度分析

4.2 计算步骤设计及算例分析

4.2.1 计算步骤设计

4.2.2 算例分析

4.3 土体中各参数对安全系数的影响

4.3.1 各参数对均质土体安全系数的影响

4.3.2 参数(摩擦角、粘聚力)对非均质土体安全系数的影响

4.4 有关问题的讨论

4.5 本章小结

第5章 加筋土结构整体稳定计算

5.1 加筋土结构基本理论分析

5.1.1 概述

5.1.2 加筋土的加筋机理

5.1.3 加筋土结构的稳定分析

5.1.4 锚杆的作用

5.2 加筋边坡整体稳定性安全系数的计算

5.2.1 安全系数的计算

5.2.2 算例分析

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)