魏瑛莺[1]2001年在《复杂土坡稳定问题的非线性有限元分析》文中认为本文以非线性有限元理论为基础，研究了复杂土坡的非线性稳定问题。根据原理推导出了稳定的计算公式，建立了非线性分析的实用方法，并采用牛顿—拉斐逊方法对本文所建立的非线性方程组进行求解。在此基础上编制了相应的稳定性分析的FORTRAN程序，提出了一种新的稳定分析方法。由于弧长法可以计算出临界状态的荷载值，因此本文在计算中讨论了弧长控制法的基本原理及具体实施，并应用于工程稳定性分析。为验证理论分析的正确性，首先计算了一座土坝的安全系数，并与传统的Bishop方法的计算结果进行比较，二者相当吻合。此外，还计算了其他叁个算例，进一步说明了此法具有良好的收敛性，简单快捷，适于在小型计算机上应用。
马晓雨[2]2008年在《基于强度折减有限元法的土坡稳定性分析研究》文中提出土坡稳定分析是岩土工程领域的重要课题之一,其主要的分析方法有极限平衡法、极限分析法、强度折减有限元法等。近年来,随着有限元及计算机技术的不断发展,强度折减有限元在土坡稳定分析中的应用和研究越来越多。本文以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,通过计算分析一系列经典土坡算例,对于目前所采用节点位移突变法、求解过程中计算的不收敛、塑性区的贯通情况3种土坡失稳判据进行了研究,探讨了其适用性。论文的主要研究内容包括如下几个方面:(1)介绍了土坡稳定分析的目的、意义以及土坡稳定分析常用方法的优缺点,得出了本文有限元强度折减方法研究的重要性,综述了国内外相关的研究与进展,针对存在的问题,确定了本文的研究工作内容。(2)将强度折减有限元法与ABAQUS软件相结合,充分利用ABAQUS软件强大的后处理功能,显示广义塑性应变和塑性区的发展情况,描绘位移与折减系数的关系曲线,以及数值模拟计算不收敛时强度折减系数,并据此对土坡稳定性进行判定。通过天然直立土坡的实例分析,表明采用ABAQUS对土坡进行强度折减是合理、有效的。(3)文中讨论了强度折减法叁种判据的优缺点。在此基础上,通过算例,探讨了土的破坏准则、剪胀角、变形参数、有限元中网格密度等对土坡稳定安全系数的影响。(4)针对几个均质土坡进行稳定性分析,并与极限平衡方法所得到的安全系数进行对比。对比分析表明,叁种判据对均质土坡有广泛的适用性。并讨论了关于节点位移突变法中如何选取特征节点和采用哪种位移方式。(5)鉴于以往的研究以均质土坡为主,本文通过采用这叁种判据,分别针对成层土坡、多级土坡、失稳的土坡稳定性进行了数值分析。分析结果表明:迭代不收敛判据具有较好的适用性。
年廷凯[3]2005年在《桩—土—边坡相互作用数值分析及阻滑桩简化设计方法研究》文中进行了进一步梳理作为一种有效工程措施,阻滑桩在边坡加固工程、滑坡地质灾害防治中得到了广泛应用。然而由于问题的复杂性,关于阻滑桩加固土坡的工作机理、桩—土相互作用规律仍没有彻底解决,阻滑桩设计理论与计算方法目前还处于半经验半理论的不成熟阶段,落后于工程实践,因此急需开展深入而系统的理论分析与数值计算等方面的研究,发展与完善相应的阻滑桩工程实用设计方法。一方面,随着高速铁路与公路的大规模建设,许多工程可能穿越滑坡地质灾害多发的潜在不良地质体,此时铁路与公路两侧边坡的安全性及其滑坡治理是工程建设中的一个关键技术问题,阻滑桩技术得到了较多的应用。另一方面,随着城市土地资源的匮乏,许多高层建(构)筑物与高耸结构物不得不直接修建在临近边坡或在山坡顶面上等复杂地质条件下,此时桩基不仅用于加固边坡,而且同时作为建筑物的基础,具有承重和阻滑双重功能,又兼有抵抗风荷载、地震惯性力所引起的水平荷载与力矩的瞬时或循环作用,受力较为复杂。在这种水平荷载、竖向荷载与力矩等各种分量的组合作用下,桩—土—边坡相互作用机理、荷载传递规律、边坡失稳机制尚不十分明确,有待于开展更深入的探索。为此,本文围绕阻滑桩加固土坡研究中所存在的主要问题及组合荷载模式下承重阻滑桩—土—边坡体系的变形与稳定性等方面进行了比较系统而深入的研究,论文的主要研究内容及所取得的研究成果包括如下几个方面: 1.自动搜索安全系数与失稳机构的边坡稳定性有限元分析模型及边坡失稳判据 以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数与相应失稳机构的边坡稳定性有限元分析模型。通过充分的变动参数对比计算与分析,对于目前所采用的有限元数值计算迭代不收敛、超过某一幅值的等效塑性应变分布带相互连通、边坡坡脚至坡顶塑性区贯通、坡面特征点位移陡增或强度折减系数与坡顶特征点水平位移之间关系曲线的斜率达到某一固定值等4种边坡失稳判据,探讨了其内在联系及其适用性,指出迭代不收敛判据较少依赖于研究者的经验,易于数值实现自动搜索等过程,具有较广泛的适用性与一般性。进而以这种判据为基础,分别针对成层黏性土边坡、多级边坡、路堤边坡及超载作用下的边坡稳定性进行了数值分析。在此基础上,探讨了有限单元类型、有限元模型中网格密度、土的破坏准则、剪胀性与变形参数等对边坡稳定安全系数的影响。最后论证了ABAQUS中所采用的Mohr-Coulomb破坏准则与传统Mohr-Coulomb破坏准则的一致性。 2.阻滑桩、承重阻滑桩及组合荷载模式下承重阻滑桩—土坡稳定性的数值分析 在边坡稳定的强度折减弹塑性有限元数值分析的基础上,将迭代不收敛判据推广至阻滑桩加固土坡、承重阻滑桩及组合荷载模式下承重阻滑桩—土坡的稳定性数值分析中。结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性,考虑到桩—土接触问题的复杂性,在以不收敛作为判据的同时参考坡面特征点位移突变这一辅助判据,以确保不收敛判据所得稳定性结果的合理性。在此基础上,通过对比计算与分析系统地考察了设桩位置、桩径、桩的嵌入深度、桩头约束条件与桩的抗弯刚度等对阻滑桩加固边坡稳定性的影响,并对桩侧接触力的分布形态及变化规律进行了探讨,以期为阻滑桩加固土坡的简
米厚天[4]2005年在《土的半隐式图形返回算法研究及土坡稳定分析》文中进行了进一步梳理本文在深入研究了本构数值积分算法的基础上,采用了半隐式图形返回算法,对Lade-Duncan弹塑性模型,推导了该模型的半隐式算法方程式,编写了相应的计算程序。利用大型非线性有限元软件ABAQUS提供的用户自定义接口平台——用户材料子程序UMAT,实现了Lade-Duncan模型的本构积分模块。最后对某叁轴试验进行了有限元计算模拟,结果表明:本文采用的半隐式图形返回算法是可行及合理的。 与此同时,本文采用二维非线性拟静力有限元法,将强度折减技术引入到大型非线性有限元软件ABAQUS之中,编写了相应的命令流程序,实现了土体抗剪强度参数的连续折减分析。对糯扎渡水电站心墙堆石坝进行坝坡稳定性分析,研究了坝坡的位移和等效剪应变随折减系数的变化,提出了坝坡破坏的标准,讨论了破坏标准s_c的取值。为采用有限元强度折减技术分析土坡稳定性进行了有益的尝试。
李丹[5]2006年在《FLAC的原理、程序及其在高填路基变形与稳定分析中的应用》文中研究表明连续介质快速拉格朗曰差分法(Fast Lagrangian Analysis of Continua,简写FLAC)是近年来逐步成熟完善起来的一种新型数值分析方法。FLAC与基本离散元法相似,但它克服了离散元法的缺陷,吸取了有限元法适用于各种材料模型及边界条件的非规则区域连续问题解的优点。FLAC所采用的动态松驰法求解,不需要形成耗机时量较大的整体刚度矩阵,占用计算机内存少,利于在微机上求解较大规模的工程问题。同时,FLAC还应用了节点位移连续的条件,可以对连续介质进行大变形分析,相对局限于小变形假定的其他方法更适合岩土工程的破坏问题研究。 随着社会经济的快速发展,大型工程的建设项目的不断涌现,工程对象的不断变化,随之涌现出许多新的土坡稳定与变形方面的问题。如何经济、有效地保证边坡工程的稳定性就显得十分重要,对其稳定性进行研究与评价也有着巨大的社会效益和经济效益。 基于以上原因,为进一步研究高填路基的变形与稳定的变化规律,本文采用邓肯一张(Duncan-Chang)非线性弹性本构模型,并研制了部分相关的FLAC计算程序,具体结合永漳高填土路堤课题来探讨高填路堤的形变、稳定等的演变规律。 1) 用Visual fortran编制了平面应变条件下的土坡稳定分析程序—FLAC2D(Fast Lagrangian AnalysiS of Continua of 2 dimensions)。该程序是基于强度折减的拉格朗曰差分分析程序,用来分析土坡的稳定与变形规律。 2) 为验证理论分析的正确性,首先计算了简单土坡稳定问题,并与传统的Bishop方法的计算结果进行比较,二者比较吻合。 3)具体结合永漳高填方路基,探讨土坡的稳定与变形问题,并将计算结果与简化Bishop法进行比较,二者位移、应力及滑移面的位置比较吻合。 研究表明,采用基于强度折减的拉格朗曰差分法对高填路基的变形和稳定进行模拟数值分析是有效的,理论分析的结果与前人研究结果具有一致性。
吴春秋[6]2004年在《非线性有限单元法在土体稳定分析中的理论及应用研究》文中研究表明土体稳定分析包括边坡稳定分析、土压力计算和地基承载力计算叁方面内容，是经典土力学最早试图解决而至今仍未圆满解决的课题。早期土体稳定分析方法多集中在极限平衡法，滑移线法和极限分析法，随着计算技术的发展，有限单元法逐渐成为土体稳定分析中的一种重要方法。同其它方法相比，有限单元法是一种理论体系更为严密的方法。本文以土体稳定分析为研究对象，重点对有限单元法在土体稳定分析中存在的相关问题进行了研究，包括岩土工程有限元计算的基本理论，极限状态的评判标准，临界滑裂面的确定，稳定分析影响因素的研究，梯度塑性理论及其在软化土体稳定分析中的应用，基于ABAQUS软件岩土有限元计算程序的开发技术等。全文共分七章，内容安排如下： 第一章全面总结了有限单元法在岩土数值分析中的应用情况，综述了包括极限平衡法、滑移线场法、极限分析法和有限单元法在内的各种土体稳定分析方法，比较了各种方法的优缺点，分析了它们之间的联系与区别，确定了本文的研究内容。 第二章对岩土工程有限元计算基本理论中的若干问题进行了研究。重点对岩土有限单元法中的几类问题：初始地应力场的确定和施加，开挖的模拟和开挖荷载的计算，土体大小变形分析的区别，不同材料间的接触模拟，有限单元法非线性方程的求解问题进行了讨论，为利用有限单元法进行土体稳定分析做准备；对岩土有限元计算中常用的两种本构模型：邓肯模型和Drucker-Prager模型中相关问题进行了讨论。介绍了广义Drucke-Prager模型，其屈服面可以是双曲线型的或是指数型的，可以反映土体强度的非线性特性，可以描述岩土材料抗拉强度低于抗压强度、流变、强度的应变率相关性、剪缩等特点，是经典直线型Drucke-Prager模型的重要推广。推导了Drucker-Prager模型以塑性乘子为独立变量的有限元求解格式。 第叁章建立了一套完善的土体稳定有限单元法分析体系。 首先总结了有限单元法同其它方法相比的优势，以及其在土体稳定分析中的研究应用情况，指出了存在的一些问题。 首次提出并实现了边坡稳定临界破坏状态评判的动力分析方法。常用的对临界破坏状态的评判有两种方法，一种基于解的收敛性，另一种基于塑性区的分布。显然收敛准则的不同将直接导致安全系数的差异，因而使第一种方法带有很大的人为因素。另外，边坡的失稳虽会导致有限元解的不收敛，有限元程序本身的缺陷和数值解本身的问题亦可导致解的不收敛，因此解的不收敛并不总是意味着失稳物理现象的发生。塑性屈服是应力张量各分量的某种组合大到一定限度的反映；而滑动则是矢量的概念，屈服区的存在不等同于滑动的产生，必须在力的变化上寻找导致滑动的直接原因。本文提出的边坡稳定临界破坏状态的动力学评判方法，以加速度是否为零作为边坡是否稳定的判据。同其它方法相比，该方法具有以下优点：(1)用加速度对边坡的稳定性进行判别，物理意义明确；(2)即使对于非稳定的情况，依然可以得到解答，从而可以判断目前所用强度折减系数离安全系数的距离；(3)动力分析由于惯性项的存在而比静力分析易于取得收敛的解。 提出了一种基于变形分析的滑裂面确定方法。该方法通过搜索剪应变最大的点以确定临界滑裂面，物理意义相当明确。文中给出了该方法的具体实现步骤。在搜寻过程中需要确定任意点的应变值，这涉及到等参逆变换技术，文中给出了具体的方法。算例分析表明，对于常规方法不易处理的具有软弱夹层的折线型滑裂面搜寻问题，该方法无任何附加困难。 发展了一套基于滑移线场理论，并根据有限单元法计算结果确定滑裂面的数值模拟方法，该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别，可以考虑不同的流动法则，这实际上提出了一种利用有限元解求安全系数的新方法。文中对经典的滑移线场理论予以了拓广，认为滑移线场是由应力状态所决定的最危险滑动方向所决定的，并给出了滑移线方向场的数值模拟方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法。 第四章对影响土体稳定分析的因素进行了研究。强度参数对土体稳定的影响是很显然的，本文没有对此进行研究，而是对在进行土体稳定分析时，容易被人们忽视的因素进行研究，包括ZD分析和3D分析的区别，剪胀角的影响，强度模型的影响，以及涉及软化土体时常规有限元计算存在的问题。 一般来说，3D分析所得安全系数高于ZD分析所得安全系数。本文首先从屈服准则，材料强度等方面分析了3D分析所得安全系数高于ZD分析所得安全系数的原因，然后通过有限元对比计算比较了两者的差别。 在土体稳定分析中，剪胀性的影响常被忽视，这一方面固然是因为极限平衡法、滑移线场法和极限分析法等土体稳定分析的传统方法不能对此进行考虑，另一方面，比较普遍的观点是剪胀性对土体稳定的影响不大。本文利用ABAQUs软件结合文中提出的基于滑移线场理论的滑裂面确定方法，分析了剪胀性对边坡稳定、地基承载力的影响。研究表明，在一定条件下，剪胀性对土体稳定的影响不可忽视。 材料强度模型的不同将会导致土体极限状态下的破坏形式和安全系数的不同，而且当试验数据所含盖的应力?
李志高[7]2002年在《土坡稳定问题的有限元分析》文中提出近年来，随着经济的高速发展，我国各地区均需要修建大量的基础设施，如高速公路、铁路、机场、码头、海堤、路堤、土坝等，在这些工程项目中土坡得到广泛的应用，必然就存在着土坡稳定问题。土坡稳定分析是一个十分重要的问题，它对土坡的经济性和安全性有着重要影响，每年都会由于滑坡造成巨大的经济损失。安全系数作为衡量土坡稳定的安全度指标，其计算结果受诸多因素的影响，正确选择土坡稳定所要求的安全系数，对正确评判土坡的稳定性具有十分重要的作用。目前对某些土坡计算出的安全系数大于1.0，还是发生了滑坡，而有的土坡虽然算出的安全系数小于1.0，但却是稳定的。这些情况表明，影响计算安全系数的因素非常复杂。 荷载控制法和位移控制法是非线性分析中早期常用的参数控制方法。但荷载控制法仅适用于屈曲前路径的跟踪；位移控制法可用于全过程的跟踪，但当自由度较多时，位移控制点不易选取，且所选控制点的位移必须一直增大，因而不适用自由度较多的结构。另外，对于结构变形存在跳回现象的情况，位移控制法也无法胜任。可见，荷载增量控制法控制的是△λ，位移控制法控制的是△μ，而弧长法则同时控制△λ与△μ，以使位移向量增量的内积在迭代过程中保持为常量。本文的一个重要创新是：在有限元程序中引入弧长法，利用弧长控制法跟踪结构破坏的全过程，自动搜索并精确确定结构破坏的临界点。本文在序论中详细阐述了目前国内外对土坡稳定分析的理论和方法，并比较各种方法之间的差异和他们的优缺点：详细阐述了有限元程序编制的原理方法，步骤和过程；详细阐述了弧长法原理，推导出了弧长法的实现过程和步骤，并把弧长法应用于有限元理论中，编制了土坡稳定分析程序．APSS(Analysis Program of Slope Stability)：最后，应用本文完成的分析程序APSS，计算了4个工程实例。通过实例证明此方法的可靠性，稳定性和收敛性，展示了弧长法对于搜索极值所体现出来的优越性与先进性。
王克东[8]2006年在《基于模型试验和数值分析的粗粒土边坡稳定性研究》文中指出以往的土坡稳定分析基本上都是基于粘性土边坡展开的,研究较多。对于粗粒土,由于在强度与变形特性方面与粘性土存在差异,其土坡失稳时的变形破坏规律和滑面形态与粘性土坡有一定不同,在这方面少有人进行专门研究,值得深入研究。 土坡在发生整体破坏之前,往往伴随着相当大的垂直沉降和侧向变形,刚体极限平衡法因没有考虑边坡的变形不能准确反映边坡的稳定性,其计算结果是有误差的;有限元强度折减法是一种很有前景的边坡稳定分析方法,该法的关键问题是临界破坏状态的确定,即如何定义失稳判据,而现有的各种失稳判据存在一些应用上的缺陷。 基于以上分析,本文进行了室内粗粒土边坡的模型试验,研究了粗粒土边坡变形失稳规律及其失稳时的滑裂面形态特征;同时利用非线性弹性有限元法模拟了模型土坡极限状态时的变形特征和失稳时的滑面形态;采用有限元法研究了变形对土坡稳定性的影响;最后,对有限元强度折减法在粗粒土边坡中的应用进行了研究。 具体研究成果如下: (1) 利用模型试验设备进行了不同坡比和加压板宽的6组粗粒土边坡模型试验,研究了模型土坡坡面特征点的位移规律、边坡内的位移场分布和发生失稳破坏后滑裂面的形态特征; (2) 采用传统极限平衡条分法计算了各模型土坡极限状态时坡顶的极限荷载,用非线性弹性有限元法模拟了极限荷载作用下各模型土坡的变形、破坏特征和滑裂面形态,并与模型试验得到的结果进行对比,验证了有限元法的可靠性; (3) 利用平面应变有限元法计算土坡的应力场,再利用圆弧搜索法对土坡在不同变形条件下稳定性的变化规律进行研究,揭示了变形对土坡稳定性影响的规律; (4) 强度折减有限元方法分析边坡的关键问题是临界破坏状态的确定。基于模型试验粗粒土边坡的变形破坏特点,并结合一简单粗粒土边坡算例,进行了线性强度指标和非线性强度指标下的强度折减计算,分析了强度折减过程中最大等效剪应变e_(qmax)等五个变量随折减系数F_(sr)的变化规律,提出以F_(sr)～e_(qmax)曲线发生“突变”作为土坡失稳的判据,通过与传统方法计算结果的比较验证了判据的可靠性。
周资斌[9]2004年在《基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定分析研究》文中进行了进一步梳理随着国民经济的发展，特别是西部大开发政策的实施，水利工程、铁路、公路及城市等基础设施建设方兴未艾，在这些工程中无一不涉及到边坡稳定问题。因此，边坡稳定分析是工程中一个很基本、但又必须要引起足够重视的问题。长期以来，边坡的稳定性研究一直是工程界和学术界的热点和难点问题之一。 本文基于极限平衡理论，在事先假定滑面上应力分布形式的基础上，推导了毕肖普法的显式解，并且在此基础上介绍了滑弧优化方法，其方法简单，很容易被工程人员掌握，同时也简化了利用毕肖普法分析边坡稳定的过程。 假定滑面上应力分布形式，文中进一步将粘性土坡和无粘性土坡的滑面形式统一起来，在计算过程中不再根据粘聚力的大小来假定不同的滑面形式，均将滑动面形式假定为二次曲线。同时，进一步讨论了开挖和锚固时边坡稳定的分析方法。 本文基于有限元法，通过对边坡岩土体材料参数的折减和判断有限元计算收敛性，直接获得边坡稳定安全系数值。并且利用有限元的计算成果，根据塑性区塑性应变等值线分布情况来确定边坡最危险滑面位置。使得通过有限元分析直接获得边坡工程分析中需要的两个指标：安全系数值和最危险滑面位置。 结合平班水电站边坡稳定分析实例，选取其中一个断面，分别利用本文中的极限平衡法和有限元法对其进行了稳定进行分析，并评价了边坡的稳定状况。
刘大虎[10]2007年在《随机有限元土坡稳定性方法在深基坑支护中的应用》文中研究说明随着基坑向深度方向发展,越来越多的边坡失稳事故促使人们不断去研究这一课题。本文针对深基坑边坡稳定性分析,建立了边坡稳定性分析的弹塑性随机有限元模型,并采用改进的Drucker—Prager屈服准则,运用可靠度方法作为计算分析工具,对工程实例的边坡稳定性进行了具体分析。本文在边坡的计算分析中考虑了假设:1.土体处于弹塑性应力应变状态。2.针对基坑边坡施工时的具体特点,不考虑地下水的作用。3.考虑土性参数E、C、φ的随机性。结果表明,工程开挖后,边坡产生的位移、变形、应力、应变均符合一般规律,具体体现以下几方面:1.位移场呈现出边坡的下部有滑移趋势。2.应力场和应变场在边坡边界中下部处有很明显的集中。3.塑性应变在边坡的边界处很集中。本文利用模糊理论评价边坡的安全程度,建立了数学模型
参考文献：
[1]. 复杂土坡稳定问题的非线性有限元分析[D]. 魏瑛莺. 福州大学. 2001
[2]. 基于强度折减有限元法的土坡稳定性分析研究[D]. 马晓雨. 大连理工大学. 2008
[3]. 桩—土—边坡相互作用数值分析及阻滑桩简化设计方法研究[D]. 年廷凯. 大连理工大学. 2005
[4]. 土的半隐式图形返回算法研究及土坡稳定分析[D]. 米厚天. 大连理工大学. 2005
[5]. FLAC的原理、程序及其在高填路基变形与稳定分析中的应用[D]. 李丹. 福州大学. 2006
[6]. 非线性有限单元法在土体稳定分析中的理论及应用研究[D]. 吴春秋. 武汉大学. 2004
[7]. 土坡稳定问题的有限元分析[D]. 李志高. 福州大学. 2002
[8]. 基于模型试验和数值分析的粗粒土边坡稳定性研究[D]. 王克东. 河海大学. 2006
[9]. 基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定分析研究[D]. 周资斌. 河海大学. 2004
[10]. 随机有限元土坡稳定性方法在深基坑支护中的应用[D]. 刘大虎. 新疆农业大学. 2007
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