有限元稳定分析方法及其在高速铁路高路堤中的应用技术研究

摘要

有限元极限平衡法和有限元强度折减法作为2类主要的有限元稳定分析方法，近年来随着有限元技术的逐渐成熟而得到迅速推广。有限元稳定分析方法融合了有限元法的诸多优点，在稳定计算中引入了应力应变关系，使计算结果更为合理。正是如此，该类方法受到诸多学者的青睐，并纷纷将其用于复杂问题的分析中。本文围绕2类有限元稳定分析方法展开研究，采用Fortran95及VB.NET语言编制了基于Hooke-Jeeves优化搜索算法的FES程序，并通过算例对程序进行了验证，讨论了FES程序参数对计算结果的影响，同时应用ABAQUS有限元软件基于DP4准则（平面应变关联法则下Mohr-Coulomb匹配圆准则）进行了有限元强度折减法计算精度的研究，并对2类有限元稳定分析方法在高速铁路高路堤中的适用情况进行了评价，主要工作如下:
　　 (1)介绍了2类主要的有限元稳定分析方法，推导了平面应变情况下ABAQUS有限元软件中Drucker-Prager系列屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则的转换关系。
　　 (2)采用Fortran95及VB.NET语言编制了有限元极限平衡法FES程序，针对Hooke-Jeeves优化算法计算效率不高的特点，设置了两次搜索，通过缩小全局搜索区域及降低第2次搜索控制阀值，有效的提高了程序的搜索效率及计算精度。引入了2个标准算例对FES程序可靠性进行了验证，并讨论了程序参数对计算结果的影响。
　　 (3)根据三轴试验数据，提取出了一套适用于高速铁路路基填料的Mohr-Coulomb理想弹塑性模型材料参数，基于ABAQUS有限元软件，建立了高速铁路高路堤计算模型，同时基于DP4准则以PEEQ贯穿为破坏判别标准，进行了有限元强度折减法计算精度的研究，分析了模型边界尺寸、网格单元尺寸、网格单元类型对有限元强度折减法计算结果的影响。
　　 (4)基于高速铁路高路堤模型，对2类有限元稳定分析方法在水平地基高路堤和斜坡非软弱地基高路堤中的适用情况进行了评价，分析表明有限元强度折减法与M-P法安全系数计算值之间的差异程度受地基变形影响较大，只有在保证地基变形较小的情况下，有限元强度折减法安全系数计算值才小于并接近M-P法;有限元极限平衡法计算结果能够较好的反映地基变形的影响，当地基相对软弱时，其安全系数计算值均较M-P法小，且有一定差异，但有限元极限平衡法对应力计算精确度要求较高，只有在合理的应力分析前提下，才能得到较真实的计算结果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 边坡稳定分析方法研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 有限元稳定分析方法

2．1 有限元极限平衡法

2．1．1 安全系数的定义

2．1．2 最危险滑动面的搜索

2．2 有限元强度折减法

2．2．1 有限元强度折减法的失稳判据

2．2．2 本构关系与屈服准则的选择及计算精度影响因素

2．2．3 ABAQUS软件中D-P与M-C屈服准则的转换

第3章 有限元极限平衡法程序编制及验证

3．1 有限元极限平衡法程序编制

3．2 有限元极限平衡法程序验证

3．2．1 均质边坡算例程序验证

3．2．2 软弱地基边坡算例程序验证

第4章 有限元稳定分析方法在高速铁路高路堤中的应用研究

4．1 Mohr-Coulomb理想弹塑性模型参数的确定

4．2 高速铁路高路堤计算模型及计算条件

4．3 有限元强度折减法计算精度影响因素分析

4．4 有限元稳定分析方法在水平地基高路堤中的应用研究

4．5 有限元稳定分析方法在斜坡地基高路堤中的应用研究

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、科研实践及成果