基于强度折减有限差分法的高陡加筋土边坡稳定性分析及优化设计初探

摘要

本文通过对国内外加筋土的应用现状、研究现状及目前仍存在的问题等方面进行归纳总结的基础上，结合《郝家坪输油站场地边坡治理工程》项目，对高陡加筋土边坡的稳定性分析方法、影响加筋土边坡稳定性因素及加筋土边坡的优化设计三个方面进行了分析探讨，得出如下结论： 1.采用强度折减有限差分法得到的边坡稳定安全系数与Janbu法计算的稳定安全系数十分接近，而Janbu法同时满足力的平衡条件和力矩平衡条件，属于严格条分法，其解是精确合理的。由此表明强度折减有限差分法用来分析高陡加筋土边坡的稳定性也是合理的、可行的。同时也说明了分析中采用的“静力平衡计算是否收敛和剪应变增量是否贯通于坡脚至坡顶情况作为高陡加筋土边坡是否失稳的评判依据”是合适的。 2.在以黄土(粉质粘土)为填料和土工格栅为筋材的高陡加筋土边坡工程中： 当坡比B<1:1.5、筋带长度L≥1.5H、筋带间距D<0.2m或D>2.5m时，其对工程安全意义不是很大，但是会使放坡空间增大，筋带用量增加，工程造价增多；当坡比在1:1.5≥B≥1:0.5、筋带长度在1H≤L≤1.5H、筋带间距在0.2m≤D≤2.5m范围比较合适；荷载距离坡边越远，其对坡体稳定性影响越小，当坡边距S>1 H时，外荷载对坡体将不产生影响。 3.将优化设计理论应用于高陡加筋土边坡的设计中，建立以经济效益为目标函数的优化模型，采用蒙特卡罗随机抽样方法对影响加筋土边坡稳定的主要因素进行优化组合，以边坡稳定安全系数为控制条件，运用MATLAB语言编写程序实现模型的求解，为优化理论在高陡加筋土边坡设计中的应用提供了研究思路。以《郝家坪输油站场地边坡治理工程》项目中场地西侧加筋土边坡为例对优化模型进行验证。结果为：在安全方面，优化前后加筋土边坡稳定性基本相同，筋带的减少并没有引起安全系数的降低，说明原设计中存在筋带过剩现象；在经济方面，优化前后加筋土边坡每延米可节约成本33.3％，取得了较好的经济效益，有力的说明了该优化方法的合理性和优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文研究的背景

1.1.1加筋土的概念及结构特点

1.1.2加筋土技术的应用与发展

1.2加筋土技术的研究现状及存在的问题

1.2.1加筋材料的研究现状

1.2.2加筋土试验研究现状

1.2.3筋—土相互作用机理研究现状

1.2.4加筋土的本构关系研究现状

1.2.5加筋土的数值分析理论研究现状

1.2.6加筋土设计与计算研究现状

1.3论文的研究目的和意义

1.4论文研究的思路和内容

第2章加筋土的基本理论及工程计算方法概述

2.1加筋土的基本理论

2.1.1摩擦加筋理论

2.1.2准黏聚力理论

2.1.3加筋土的其他理论

2.2加筋土的工程计算方法

2.2.1内部稳定计算方法

2.2.2外部稳定计算方法

2.3本章小结

第3章基于强度折减有限差分法的高陡加筋土边坡稳定性分析

3.1概述

3.2 FLAC软件的基本原理

3.2.1 FLAC软件简介

3.2.2 FLAC网格划分

3.2.3 FLAC有限差分方程

3.2.4 FLAC应力、应变

3.2.5 FLAC运动方程

3.2.6 FLAC阻尼比

3.2.7 FLAC求解过程

3.3强度折减理论有限差分法

3.3.1强度折减理论的基本原理

3.3.2屈服准则

3.3.3边坡破坏判据

3.4工程实例分析

3.4.1.工程概况

3.4.2模型建立

3.4.3参数选取

3.4.4网格划分

3.4.5结果分析

3.5本章小结

第4章加筋土边坡稳定性影响因素分析

4.1概述

4.2正交试验的基本理论

4.3单级加筋土边坡的稳定性影响因素分析

4.3.1正交试验设计

4.3.2试验结果及分析

4.4单个因素变化对坡体稳定性的影响

4.4.1坡比对坡体稳定性的影响

4.4.2筋带长度对坡体稳定性的影响

4.4.3筋带间距对坡体稳定性的影响

4.4.4坡边距对坡体稳定性的影响

4.5本章小结

第5章 基于经济效益的高陡加筋土边坡优化设计初探

5.1概述

5.2优化设计的方法及一般过程

5.3加筋土边坡优化设计

5.3.1单级加筋土边坡优化设计

5.3.1多级加筋土边坡优化设计探讨

5.4算例分析

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

在攻读硕士学位期间发表的论文和参加的工程项目

1发表的论文

2参加和负责的科研项目及工程实践

致谢