马晓雨[1]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。
成长青[2]2007年在《边坡稳定有限元分析及程序设计》文中进行了进一步梳理极限平衡法虽然已经在工程实践中得到了大量的应用，但是它不能很好地考虑土体的应力应变关系，对土条条间力作了各种假定，因此计算的结果并不精确，而且不能给出土体的应变信息。有限元方法可以考虑土体的真实应力场，可以区分填筑和开挖边坡，因而应用会更广泛。本文主要做了一下几方面的工作。第一，完善了非圆弧滑面应力有限元程序。边坡稳定的有限元方法，是定义了安全系数并给定一系列初始滑裂面，然后利用有限元软件比如Geo-slope和ANSYS计算得到的应力场，求解安全系数。在确定滑面上计算点的应力张量的时候，本文采用了面积判别法，即首先对每一个四边形单元(本文全部采用四边形单元求解计算)确定其横坐标和纵坐标的范围，如果计算点在这个范围之外，就跳出对下一个单元进行判断，如果在范围内，那么计算这个点和四边形单元四个节点形成的四个叁角形的面积以及四边形单元的面积，并进行求差比较。一个点可能属于不同的单元的大范围之内，那么最后对这几个差值比较，最小的即为计算点所属的单元，然后利用这个单元四个节点的应力值，构造插值函数求出计算点的应力值。针对非圆弧初始滑裂面不容易给定的问题，将本文的非圆弧滑面应力法和瑞典圆弧法相结合。瑞典圆弧法虽然计算安全系数偏低，但是大量的算例证明其搜索得到的最危险滑面和Bishop法以及其他的极限平衡法非常接近。这里首先用比较简单的瑞典圆弧法确定最危险滑面，然后以最危险滑面以及其附近的一系列圆弧为初始滑面，将这些圆弧离散运用HOOKE JEEVES方法进行优化搜索，最后将得到的安全系数比较得出最危险滑裂面。第二，推导了如何在ANSYS中使用比较准确的平面应变条件下的基于关联流动的Mohr-Coulomb匹配圆DP准则。目前，通用的有限元软件使用的土体本构模型通常都是DPI，即Mohr-Coulomb准则外角点外接圆，但是这样会高估了土体的承载能力。参考郑颖人等人的研究成果，实现了各种DP模型之间的转化。第叁，比较了滑面应力有限元方法和Bishop法，有限元强度折减法。不仅仅比较了叁种方法的滑裂面位置，安全系数，还对滑裂面上的应力分布进行了研究。结果发现，滑面应力有限元方法在滑出区域和滑入区域部分会出现剪应力反转，即逆着滑动方向的剪应力，这是因为滑面应力有限元方法使用的是实际受力状态下的应力场，但是这样安全系数的定义就出现了问题，剪应力不再是完全意义上的滑动力，它的作用就存在了“二义性”，同样的，Bishop方法也存在这样的问题。本文采用了分段法对之加以判断。
银晓鹏[3]2008年在《降雨条件下的边坡渗流数值模拟及稳定性分析》文中认为降雨入渗时边坡的稳定性问题不仅牵涉到饱和-非饱和的渗流规律,而且涉及含水率变化对非饱和土的强度参数的影响作用。本文针对不同的土体性质,分析了不同降雨条件对土坡渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场利用非饱和土抗剪强度理论,对土坡的瞬态稳定性进行了分析。研究的主要内容有:1介绍了降雨条件下的饱和-非饱和渗流基本理论,介绍了非饱和渗流的控制方程,给出了降雨条件下的边界条件。2基于Galerkin加权余量法得出了饱和.非饱和渗流计算有限元列式。针对不同的土体性质,利用简单的土质边坡有限元模型运用SEEP/W渗流计算程序计算在给定降雨条件下的孔隙水压力的分布,探讨降雨强度、降雨持时、雨型、土壤渗透系数以及边坡坡度等参数的变化对渗流场的影响。3介绍了饱和-非饱和渗流条件下边坡稳定分析理论。运用GEO-SLOPE(SLOPE/W模块)软件,将降雨入渗作为土坡稳定分析的重要因素,将渗流场的孔隙水压力引入基于非饱和土抗剪强度理论的抗滑稳定计算中。定量的得出在各降雨因素及边坡坡度对非饱和土坡稳定性影响的程度;探讨各参数变化对边坡安全系数的影响,并对边坡的稳定性进行了评价。分析结果表明:在甘肃大部分地区边坡坡度比降雨对边坡的稳定性影响更大;在甘肃大部分地区在可能发生的降雨条件下,坡角大于65°的边坡就要考虑对边坡进行支护。
年廷凯[4]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》文中认为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
宋飞[5]2004年在《土工数值方法分析加筋边坡等土体稳定问题的研究》文中研究说明土坡稳定分析是土力学的经典课题。建立在极限平衡理论基础上的极限平衡法是工程上最早采用和最广泛应用的稳定性分析方法,人们对之已积累了丰富可靠的经验,但这一方面也存在需要进一步研究和完善的问题。目前随着我国公路建设规模的扩大,经常要在软土地基上修筑路堤。排水固结法和土工格栅加筋是处理堤坝软基的行之有效的方法。但目前土工合成材料加筋加固的机理还不十分明确,理论研究仍落后于工程实践。本文严格按照工程力学概念和土体极限平衡原理,推导了土体破坏时满足静力平衡条件和土体屈服条件的力的平衡方程和力矩平衡方程,进而讨论了极限平衡问题的解题方法。给出了均质土坡稳定、加筋边坡和地基破坏的承载力计算公式的一般分析方法。对于对数螺旋型滑动面,验证了安全系数的精确计算公式。给出了土体应力场破坏的力学概念并推导了方程式,并运用水平条分法和平面—对数螺旋面组合滑动面讨论了土压力计算。由于极限平衡理论在分析土体稳定问题时假设土体为刚性体或刚塑性体,不能给出土体的变形。本文又采用弹塑性有限元方法对一加筋路堤进行分析,土体采用Mohr-Coulomb模型,土工格栅采用弹性模型,看作是一种不能受压只能受拉且抗弯刚度为零的柔性材料,并在土与加筋材料的接触面处设置了接触面单元,以模拟土与加筋材料的相互作用特性。通过对比路堤在加筋和不加筋两种情况下的沉降大小、不均匀沉降的分布、侧向位移以及土体中的应力水平,指出了加筋能够减小路堤的沉降量、不均匀沉降和侧向位移,提高整体稳定性,减少路堤的变形发展。并分析讨论了筋材的模量和土与土工格栅界面摩擦系数对加筋效果的影响。采用弹塑性有限元方法分析研究了土工格栅与桩基础联合加固软土地基以及塑料排水板和土工格栅加筋加固软基的效果和机理,分析对比了不使用排水板和使用排水板两种情况下软基中超静孔隙水压力的消散程度,地基沉降量,从而计算出不同时刻地基土的固结度,从而指出了塑料排水板能够加速路基的固结,缩短软土层的压缩排水时间,提高路基的抗剪强度。计算结果和相应的结论对工程设计、施工有一定的参考价值。
王克东[6]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》文中研究说明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。
曾志姣[7]2008年在《非饱和红粘土抗剪强度特性研究及其应用》文中进行了进一步梳理非饱和土是当今国内外土力学研究的热点和难点,而抗剪强度是非饱和土研究的重要内容。本文对前人在非饱和土抗剪强度理论以及强度试验方面的研究成果进行了系统的文献阅读和综述,通过试验研究了非饱和红粘土的抗剪强度特性并将其应用于非饱和土坡稳定性的求解。本文的研究内容主要有以下几点:1.综述了研究非饱和土问题的必要性,非饱和土的基本特性和基质吸力的概念,以及非饱和土问题研究的历史和现状。2.抗剪强度是非饱和土重要的研究领域之一,本文对非饱和土抗剪强度理论及强度试验研究历史与现状作了分析总结。3.以湖北咸宁地区的非饱和红粘土为研究对象,利用GDS全自动叁轴及非饱和试验系统,在控制吸力方式下进行非饱和土的固结排水剪切试验,研究了其抗剪强度与基质吸力之间的关系,建立了针对此非饱和红粘土的抗剪强度公式。4.粘性土土坡受降雨影响非常显着,很多土坡常在雨季发生滑坡,最重要的原因就是含水量的增加降低了土的吸力从而降低了土的抗剪强度。本文以一简单边坡为例,计算分析了在降雨情况下考虑非饱和非稳定渗流所引起的吸力变化以及基质吸力对强度影响时其稳定系数随时间的变化情况。
魏瑛莺[8]2001年在《复杂土坡稳定问题的非线性有限元分析》文中研究指明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。
刘大虎[9]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》文中认为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
吕擎峰[10]2004年在《土坡稳定分析方法研究》文中认为条分法和有限元法是土质边坡稳定分析的主要方法。本文就强度参数非线性、拟静力法、有限元边坡稳定分析等进行了研究，得到一些结论，提出了一些改进和新的方法。 (1) 考虑强度参数非线性时的安全系数及应用。堆石料等粗粒土强度包线具有非线性。对非线性强度参数对安全系数的影响进行了理论分析，计算比较了8个高土石坝坝坡的线性和非线性安全系数。无论是理论还是大量算例都表明，非线性参数计算安全系数较线性计算提高了，但提高程度的范围相差很大。基于156个样本的统计分析结果，对碾压式土石坝设计规范(SL274-2001，8.3.3)规定的许可安全系数进行了修正，建议使用非线性强度进行坝坡稳定计算时，许可安全系数可提高8％。 (2) 拟静力法边坡稳定分析的改进。拟静力法在土石坝的抗震设计中发挥了很大作用，积累了较丰富的经验。传统上，滑动体都是按竖向条分的。考虑地震惯性力时，竖向条分在计算地震惯性力和抗滑力矩时存在计算上的不合理，从而使地震惯性力与实际值有误差，抗滑力矩偏小；考虑地基中的地震荷载时，安全系数的计算结果是不确定的，没有一个客观的最小安全系数计算结果。基于此，对拟静力法提出了改进方法，即计算重力等竖向力时竖向条分；计算水平地震力对滑动力矩和抗滑力矩的作用时水平条分。水平条分可以避免上述的不合理。算例表明，传统的拟静力法计算的最小安全系数不确定，并且偏大，而改进的拟静力法计算的安全系数是确定的，小于传统的计算安全系数。 (3) 强度折减有限元失稳判据研究。强度折减有限元的关键问题是临界破坏状态的确定，即如何定义失稳判据。目前主要有叁种失稳判据：①边坡某个部位的位移或最大位移。②迭代求解过程的不收敛。③土体塑性应变、应力水平等某些物理量的变化和分布。这些失稳判据中，判据1和判据3具有较明确的物理意义，但也存在一些应用上的缺陷。通过算例对这两种判据进行讨论，提出一种强度折减法确定安全系数的方法。该方法的出发点是将最大水平位移与折减系数的关系曲线和表示边坡破坏区扩展的应力水平区域结合起来，在曲线上定量的给出一个具有明确物理意义的点作为安全系数取值点。该方法的优点在于既可避免由于位移和折减系数关系曲线没有明显轨点时的任意性，又可以考虑边坡是渐近破坏的这一特征。 (4) 基于滑面上应力优化的土坡稳定分析方法。基于滑面有限元应力分析的土坡稳定分析方法的关键在于滑面上应力的计算，而已有方法的共同点是滑面上点的应力是在其所处的单元内插值得到，从而引起滑面上应力的不连续。基于此，本文提出的方法对滑面一定区域内的应力进行光滑，滑面上点的应力外推得到，从而得到较光滑的应力分布，更符合实际。 (5) 有限元圆弧滑动法。传统的有限元边坡稳定分析都是有限元计算和最小安全摘要系数的优化计算独立进行的。本文通过适应滑面的圆弧形状网格的自动剖分，用有限元计算直接获得滑面上的应力，避免了内插计算带来的误差。为了改善滑面上的应力，同时避免单元过多带来的计算效率的浪费，在滑面上进行自适应单元加密。应用自适应有限元圆弧滑动法对长河坝心墙土石坝坝坡进行了稳定分析，施工期的安全系数的计算结果和潜在危险滑面与BISHOP法接近，说明该方法有足够的精度;而有限元计算能够更真实的反映蓄水期应力状态，所以安全系数的计算结果和潜在危险滑面应较准确。关键词:土坡稳定分析;安全系数;强度参数;非线性;拟静力法;有限元法;强度折减法;圆弧滑动。
参考文献：
[1]. 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
[2]. 边坡稳定有限元分析及程序设计[D]. 成长青. 大连理工大学. 2007
[3]. 降雨条件下的边坡渗流数值模拟及稳定性分析[D]. 银晓鹏. 兰州理工大学. 2008
[4]. 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
[5]. 土工数值方法分析加筋边坡等土体稳定问题的研究[D]. 宋飞. 天津大学. 2004
[6]. 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
[7]. 非饱和红粘土抗剪强度特性研究及其应用[D]. 曾志姣. 中南大学. 2008
[8]. 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
[9]. 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
[10]. 土坡稳定分析方法研究[D]. 吕擎峰. 河海大学. 2004
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