本文關鍵詞：基于有限元剩余剪力遞推法的巖質邊坡抗滑穩(wěn)定研究

  更多相關文章： 巖質邊坡 軟弱結構面 有限元應力積分 剩余剪力遞推法 主抗滑面搜索 Fortran程序

【摘要】：我國為多山國家,存在大量的自然邊坡,隨著公路、鐵路、露天煤礦、水庫建設等基礎工程的實施,近年來又出現(xiàn)了大量的人工邊坡,使得邊坡穩(wěn)定問題日益突顯。在地質活動過程中成巖、構造等作用的影響下,斷層、節(jié)理和軟弱夾層等不連續(xù)結構面在巖質邊坡中大量出現(xiàn),改變了邊坡的力學性狀,對巖質邊坡的抗滑穩(wěn)定提出嚴峻挑戰(zhàn)。加上外界環(huán)境的多變性和復雜性,使得巖質邊坡的抗滑穩(wěn)定問題仍然沒能形成統(tǒng)一規(guī)范的分析方法。大量的工程實例表明,巖質邊坡的臨界滑裂面經常會由各種不連續(xù)的結構面相互貫通形成,所以在對巖質邊坡進行穩(wěn)定性分析時,應該充分考慮到軟弱結構面的影響。本文針對實際中常見的一類工程問題,將剛體極限平衡法和有限元法進行結合。提出適用于折線形臨界滑裂面的有限元剩余剪力遞推法,研究軟弱結構面未貫通至地表造成主抗滑面位置未知時的巖質邊坡抗滑穩(wěn)定問題,并結合自編Fortran程序對主抗滑面準確位置進行精確搜索。具體的研究內容如下:1.提出有限元剩余剪力遞推法原理:考慮到邊坡失穩(wěn)時內部應力轉變都會通過滑裂面下滑力及抗滑力的改變表現(xiàn)出來,將邊坡失穩(wěn)問題概化為研究滑裂面力的極限平衡問題,包括滑裂面的受力計算以及極限平衡分析。(1)滑裂面受力計算:考慮到巖體結構的復雜性及材料強度的流變特性,用有限元軟件ansys建立邊坡模型并進行彈塑性分析,得到邊坡的初始應力場;提出基于ansys的應力積分法,充分考慮滑裂面粘聚力c及內摩擦角?的影響,直接積分得到折線形滑裂面自然狀態(tài)下的受力情況(下滑力及抗滑力)。(2)極限平衡分析:結合剛體極限平衡的思想,假設在失穩(wěn)時每段滑裂面都達到相同的極限平衡狀態(tài),將由此產生的剩余剪力沿滑裂面逐級向下傳遞,對各段滑裂面建立極限平衡方程,不斷試算直至滑裂面整體達到極限平衡狀態(tài)時解得安全系數。2.結合fortran語言將有限元剩余剪力遞推法編制成程序,研究主抗滑面起點位置和傾角對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律,快速找到使邊坡安全系數達到最小值時的主抗滑面,從而得到邊坡整體的臨界滑裂面的準確位置。3.采用不同的方法進行對比后發(fā)現(xiàn):有限元剩余剪力遞推法計算結果與有限元強度折減法相近,但克服了其受折減方式和人為判斷突變點等的影響,具有更客觀唯一的特性;比采用有限元應力代數和法計算的安全系數大,但是避免了對矢量力代數求和的不合理問題;比采取有限元剩余推力法算得的安全系數小,但是從建立力的平衡方式上來看方法更為合理;和不平衡推力法相比,克服了對滑裂面人為劃分剛性條塊求解計算的不足。4.利用程序計算的高效性,改變軟弱夾層中的材料參數,研究粘聚力c、內摩擦角?及泊松比?對安全系數及主抗滑面位置的影響,找到了一定的規(guī)律。本文提出的有限元剩余剪力遞推法的計算結果合理可靠,能夠為巖質邊坡的穩(wěn)定性分析提供一定的參考,有待于在實際工程中進行應用和完善。
【關鍵詞】：巖質邊坡 軟弱結構面 有限元應力積分 剩余剪力遞推法 主抗滑面搜索 Fortran程序
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV223
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 研究目的及意義12-13
• 1.2 分析方法的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 剛體極限平衡法13-15
• 1.2.2 有限元分析法15-18
• 1.3 問題的提出18-19
• 1.4 本文的主要工作19-20
• 1.5 本論文創(chuàng)新點20-21
• 第二章 彈塑性有限元分析原理21-32
• 2.1 有限元理論21-23
• 2.1.1 有限元歷史21
• 2.1.2 有限元基本思想21-23
• 2.2 有限元軟件23-27
• 2.2.1 ANSYS軟件簡介23-24
• 2.2.2 APDL語言24
• 2.2.3 plane 82單元24-27
• 2.3 彈塑性理論27-32
• 2.3.1 彈塑性本構關系27
• 2.3.2 屈服準則27-30
• 2.3.3 流動法則和強化準則30-32
• 第三章 巖質邊坡穩(wěn)定性分析32-39
• 3.1 軟弱夾層的影響32-34
• 3.1.1 軟弱夾層的特征32
• 3.1.2 軟弱夾層的分類32-33
• 3.1.3 含軟弱夾層的邊坡破壞形式33-34
• 3.2 巖質邊坡穩(wěn)定性分析方法34-39
• 3.2.1 不平衡推力法34-36
• 3.2.2 有限元強度折減法36-37
• 3.2.3 有限元應力分析法37-39
• 第四章 有限元剩余剪力遞推法39-54
• 4.1 Fortran語言簡介39
• 4.2 剩余剪力遞推法39-43
• 4.2.1 安全系數定義39-41
• 4.2.2 剩余剪力遞推法力學原理41-43
• 4.3 應力積分原理及程序簡介43-54
• 4.3.1 單元搜索44-47
• 4.3.2 有限元應力積分47-53
• 4.3.3 安全系數計算53-54
• 第五章 含軟弱夾層的巖質邊坡穩(wěn)定性分析54-67
• 5.1 邊坡模型54-55
• 5.2 有限元分析55-59
• 5.2.1 單元選擇55-56
• 5.2.2 材料參數56-57
• 5.2.3 單元劃分57
• 5.2.4 模型加載求解57-58
• 5.2.5 有限元計算結果58-59
• 5.3 Fortran程序分析59-63
• 5.3.1 數據處理59-61
• 5.3.2 滑裂面搜索61-63
• 5.4 計算結果63-64
• 5.5 應力積分精度分析64-67
• 第六章 方法對比和參數敏感性分析67-80
• 6.1 方法對比分析67-74
• 6.1.1 有限元強度折減法67-70
• 6.1.2 有限元應力分析法70-72
• 6.1.3 不平衡推力法72-73
• 6.1.4 對比總結73-74
• 6.2 參數敏感性分析74-80
• 6.2.1 粘聚力的影響74-76
• 6.2.2 內摩擦角的影響76-77
• 6.2.3 泊松比的影響77-80
• 第七章 結語及展望80-82
• 7.1 結語80
• 7.2 展望80-82
• 參考文獻82-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的學術論文87

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