基于滑移线法的边坡临界滑动面搜索方法研究

摘要

本文在前人工作的基础上,将有限元计算和滑移线理论相结合,利用弹塑性有限元法计算出边坡的应力场,提取边坡有限元模型中每个单元的应力分量,结合滑移线理论,利用单元的插值函数和节点应力作出边坡的滑移线场,进而确定边坡的临界滑动面。本文研究的主要内容和成果如下:
　　1、建立二维边坡模型,利用理想弹塑性有限元法计算得到边坡应力场,通过给定起点和定步长追踪的方法,用FORTRAN程序实现了滑移线追踪的算法,并利用滑移线上的正应力计算相应稳定系数,稳定系数最小的滑移线即是临界滑动面。
　　2、弹塑性有限元计算结果在临近边坡顶部和坡面处存在着应力异常,异常的应力结果直接影响滑移线的方向,从而影响整条滑移线的走向。适当增大有限元单元的网格可以消除有限元结果异常对程序搜索滑移线的影响。离坡顶较近单元由于重力较小,因此对误差的较为敏感,一个很小的误差容易造成起点的滑移线方向发生偏转,起点滑移线的方向影响整条滑移线的位置。所以滑移线的起点不要选择坡顶,但是尽可能离坡顶较近。
　　3、通过追踪不同条件下的滑移线可知,影响滑移线位置主要因素包括:滑移线上两点间的步长、有限元划分的网格尺寸及流动法则。步长对滑移线的形状和位置影响较大,通过不断的减小步长进行试算发现,刚开始步长减少时,滑移线的位置和形状变化较大,当步长减小到一定值再继续减小时,滑移线的形状和位置变化不大,因此在搜索边坡的滑移线场时,应该取不同的步长值进行试算。而网格尺寸和流动法则对搜索临界滑动面的影响相对较小。
　　4、利用野外测量的三亩台滑坡地形图恢复其滑前地形,建立二维模型进行弹塑性有限元分析,结合本文中追踪滑移线的方法搜索出其临界滑动面,表明搜出的滑面和野外调查确定的滑面位置基本一致。

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第一章 绪论

1.1研究意义

1.2研究目的

1.3研究现状

第二章 滑移线法的基本原理

第三章 基于滑移线法搜索临界滑动面方法研究

3.1整体思路

3.2原始数据的获取

3.3有限元模型的建立

3.4有限元分析数据的获取和后处理

3.5单元内任意一点的应力求解方法

3.6滑移线场的建立

3.7滑移线稳定系数的求解及临界滑动面的确定

第四章 搜索方法在实例中的分析研究

4.1三亩台滑坡概况

4.2土层参数测试和选取

4.3有限元模型的建立及数据的获取

4.4有限元数据的后处理

4.5滑移线场的建立和临界滑动面的确定

第五章 滑移线法的影响因素分析

5.1分析算例

5.2网格尺寸对搜索临界滑动面的影响

5.3程序中的步长对搜索临界滑动面的影响

5.4流动法则对搜索临界滑动面的影响

第六章 滑移线法搜索程序中的关键问题分析

6.1单元滑移线方向的假定

6.2弹塑性有限元计算产生的奇异点

主要结论

参考文献

附件一：利用滑移线法搜索边坡临界滑动面的源程序

附件二：三亩台滑坡有限元模拟得到的数据表

攻读学位期间取得的研究成果

致谢