粗粒土边坡的塑性带发展过程模拟和稳定性研究

摘要

土体的失稳破坏过程与塑性带的扩展密切关联，对于塑性带扩展过程的数值模拟和试验研究将有利于推进对土坡渐进破坏的理解和描述，对该方面的研究将对进一步深刻揭示边坡失稳过程有着重要意义和影响。本文针对粗粒土边坡开展了边坡在极限状态下土中塑性带发展变化的模型试验和数值模拟，研究粗粒土边坡的失稳规律，并在此基础之上对边坡稳定性进行了分析研究，研究的结论如下:
　　(1)通过自制的模型槽对粗粒土边坡中塑性带的发展过程开展了试验研究。在试验过程中，对极限状态下边坡整体滑动形式和关键点的位移变化进行了实时记录，并通过预埋应力盒和植入特制金属丝等手段对塑性带内外土中的应力、应变的变化情况以及塑性带的宽度进行了有效的监测和数据的采集，以此来揭示塑性带所存在的一些特性，即塑性带的发展过程是一种渐进式的，其发展起始于应力应变曲线的峰值之前，形成于峰值之后；同时得到边坡在失稳破坏时的滑动形式是由直线段和圆弧段相结合的混合型破坏模式。
　　(2)针对影响塑性带的相关参数进行了研究。结合试验和有限元分析开展了土体粘聚力、内摩擦角、土体重度以及试样颗粒粒径的变化对塑性带宽度和位置形态影响的数值分析，获得了土体强度参数对塑性带位置形态和宽度等特征的影响，进一步得知塑性带范围变化的同时对边坡破坏时的滑动形状也有一定的影响；而且塑性带的触发时间、宽度与土样的粒径相关，颗粒粒径越小，塑性带的触发时间越早，测量所得的塑性带宽度越小。
　　(3)结合极限平衡严密解法和有限元强度折减法开展了对塑性带数值模拟的对比研究，以土体极限承载力和临界滑裂面作为边坡稳定性参考的依据，分析了处于塑性带上的土体极限承载力和临界滑裂面与塑性带之间的内在联系，通过对比分析，所获得的塑性带内外土体极限承载力的差异和临界滑裂面的位置，揭示了塑性带的变化对于边坡的稳定性起到一定程度的控制作用，并且分析所得滑动并不是发生在一个面上的，而是具有一定厚度的，这与试验所观察到的现象正好相符，从侧面说明了塑性带对边坡的稳定性具有重大意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 塑性带问题的研究现状

1.3 当前研究存在的不足

1.4 研究的技术路线

1.5 本文主要研究内容

第2章 粗粒土边坡中塑性带扩展的模型试验研究

2.1引言

2.2粗粒土边坡模型试验研究

2.3 试验结果分析

2.4 塑性带的宽度

2.5 本章小结

第3章 粗粒土塑性带的特性研究

3.1 引言

3.2 塑性带的破坏模式

3.3 塑性带形成过程的分析

3.4 塑性带的数值分析

3.5 小结

第4章 极限平衡严密解下的边坡塑性带分析

4.1 引言

4.2 极限平衡严密解法原理

4.3 严密解法的程序实现

4.4简单算例分析

4.5小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢