基于强度折减有限元法的边坡失稳判据研究

摘要

随着国民经济的发展，建筑、铁路、公路、水利以及城市基础设施的建设方兴未艾，这些工程都会涉及到边坡稳定性的问题。边坡失稳不仅会影响建筑物的正常使用，而且还会对人类的生命财产造成重大损失。因此，对边坡的稳定性分析具有理论意义和实用价值，应引起足够的重视。
　　边坡稳定性的分析方法主要有极限平衡法和强度折减有限元法，后者因可以考虑边坡的几何形状、土体的本构模型和非线性加载等因素具有明显的优势，并被广泛地应用到实际工程当中。本文基于强度折减有限元理论，以计算收敛性、塑性区贯通、位移突变和总塑性应变能突变理论作为判据来求解边坡的安全系数，并对四种判据的结果进行了相互的比较，研究了其适用范围。论文具体研究内容和结论如下：
　　（1）以强度折减有限元理论为基础，借助于 ANSYS软件，对同一边坡算例分别以计算收敛性、塑性区贯通、位移突变和总塑性应变能突变理论作为边坡失稳的判据求解安全系数，并将四种判据的结果进行了对比分析，得出了总塑性应变能突变判据受外界因素影响较小，计算出的安全系数更加准确。
　　（2）以总塑性应变能突变理论作为边坡失稳的判据，研究了土体参数对边坡安全系数的影响，得出了粘聚力和内摩擦角对安全系数的影响较大，安全系数随粘聚力和内摩擦角的增大而增大；而弹性模量、泊松比和剪胀角对安全系数的影响不显著。
　　（3）结合具体的工程实例，建立了三维数值模型，以总塑性应变能突变理论作为判据求出边坡的安全系数，从而对边坡的稳定性作出了准确的判断，为以后的研究奠定了理论基础。

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第一章 绪 论

1.1 边坡稳定分析的目的和意义

1.2 边坡稳定理论的发展及研究现状

1.3 论文的研究方法和内容

第二章 非线性有限元和弹塑性理论

2.1 有限元基本原理

2.2 非线性有限元的求解方法[34-36]

2.3 有限元分析的弹塑性理论基础

2.4 本章小结

第三章 强度折减有限元法的基本原理及在ANSYS中的实现

3.1 强度折减有限元法的基本原理

3.2 有限元ANSYS软件对边坡稳定性的分析

3.3 本章小结

第四章 边坡失稳判据的研究

4.1 边坡的计算模型

4.2 边坡失稳判据的研究

4.3 不同失稳判据的计算结果比较

4.4 本章小结

第五章 总塑性应变能突变判据的应用

5.1 以总塑性应变能突变判据研究土体参数对边坡安全系数的影响

5.2 工程实例分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表论文及参与科研项目

致谢