基于局部强度阶梯折减的边坡应变局部化研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展,基础设施等建设工程也得到了大规模发展。大量边坡基坑类设施的建设会出现土体失稳的应变局部化问题,直接影响着人身安危和财产安全。目前对于该问题的模拟研究,较多采用的是强度折减法,该方法简单实用,得出的滑裂面位置和安全系数也较为可靠。但是,人们对边坡应变局部化过程中渐进破坏全过程和相关影响参数的研究甚少,且边坡工程纷繁复杂,仅靠整体参数折减模拟来实现并非易事,仍需我们进行大量研究。基于此,本文针对边坡的应变局部化变形过程进行局部折减方法研究,主要研究内容如下:(1)阅读和整理国内外边坡工程渐进破坏过程相关文献资料,系统地把握边坡应变局部化的基本原理及其国内外研究现状。简述了有限元强度折减法在ABAQUS有限元模拟软件中的应用。讨论了各种强度折减方式的优劣性及其存在的问题。(2)结合边坡破坏的渐进性思想和强度折减法,针对均质边坡提出了一种局部强度阶梯折减的方法。该方法以屈服接近度(YA1)作为判别土体是否存在破损区的评价标准,将局部破损区按不同破损次序分配予不同的折减系数,利用通用软件ABAQUS对局部坡体进行强度折减计算,研究边坡渐进变形过程,直至边坡发生整体破坏。计算结果表明,坡体内部初始破损区参与了潜在滑裂面的形成过程,对边坡后期渐进变形具有贡献;有效解决了传统强度折减法潜在滑裂面上折减区和非折减区边界处的塑性应变值的跳跃性问题,更为合理地再现了边坡的渐进失稳进程。(3)针对本文提出的局部强度阶梯折减法,对阶梯折减的相关参数进行了深入研究。首先,研究了屈服接近度YAI取值与强度折减系数k和坡脚破损区面积的关系;其次,研究了黏聚力和内摩擦角变化系数Kc、Kφ对强度折减系数k和滑裂带位置的影响;最后,研究了网格尺寸和单元类型对局部强度阶梯折减方法的影响。(4)依托广西壮族自治区乐百高速公路高路堑边坡工程项目其中的一个边坡工程,对该边坡进行了基于局部强度阶梯折减法的模拟计算,得到了边坡破坏的整个渐进过程,验证了本文提出方法的合理性,并介绍了边坡工程中常用的几种边坡加固及防护措施,综合考虑后本文选择了抗滑桩加固边坡的治理措施,并在边坡的临空面设置了四个监测点来监测边坡渐进破坏过程中的变形。通过对边坡不同特征点设置抗滑桩,研究了该边坡过程下设置抗滑桩最有效的位置,基于计算给出同类工程的相关指导建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 边坡稳定性研究发展现状
•     1.2.1 极限平衡法
•     1.2.2 极限分析法
•     1.2.3 有限元强度折减法
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 强度折减原理及其在ABAQUS中的实现
•   2.1 引言
•   2.2 强度折减计算原理及折减方式
•     2.2.1 强度折减法基本原理
•     2.2.2 强度折减法折减方式
•   2.3 强度折减法在ABAQUS中的实现及相关问题
•     2.3.1 强度折减法在ABAQUS中的基本方程
•     2.3.2 本构模型的选取
•   2.4 边坡安全系数的确定
•     2.4.1 安全系数的定义
• s1'>    2.4.2 强度储备安全系数F_s1
• s2'>    2.4.3 超载储备安全系数F_s2
• s3'>    2.4.4 下滑力超载储备安全系数F_s3
•   2.5 总结
• 3 局部强度阶梯折减法及边坡应变局部化模拟
•   3.1 引言
•   3.2 局部强度阶梯折减法
•     3.2.1 局部强度阶梯折减的基本原理
•     3.2.2 局部强度阶梯折减的折减方法
•     3.2.3 屈服准则的选取
•     3.2.4 边坡破损标准的选取
•     3.2.5 边坡渐进破坏具体模拟步骤
•   3.3 局部强度阶梯折减法中的失稳判据
•     3.3.1 以计算不收敛为失稳判据
•     3.3.2 以位移突变为失稳判据
•     3.3.3 以塑性贯通区为失稳判据
•   3.4 局部强度阶梯折减法算例分析
•     3.4.1 边坡渐进破坏过程模拟结果分析
•     3.4.2 坡体内部破损区面积分析
•     3.4.3 潜在滑裂带上折减区边缘塑性应变差值分析
•   3.5 结论
• 4 局部强度阶梯折减法参数研究
•   4.1 引言
•   4.2 局部强度阶梯折减法简述
•     4.2.1 局部强度阶梯折减法实现过程
•     4.2.2 局部强度阶梯折减法优势
•   4.3 YAI值的影响
•     4.3.1 不同YAI值对k值的影响
•     4.3.2 不同YAI值对坡脚破损区面积的影响
•   4.4 黏聚力c的影响
•     4.4.1 黏聚力c对k值的影响
•     4.4.2 黏聚力c对滑裂带破损区面积的影响
•     4.4.3 黏聚力c对滑裂带位置的影响
•   4.5 内摩擦角φ的影响
•     4.5.1 内摩擦角φ对k值的影响
•     4.5.2 内摩擦角φ对滑裂带破损区面积的影响
•     4.5.3 内摩擦角φ对滑裂带位置的影响
•   4.6 网格疏密的影响
•     4.6.1 单元网格尺寸对k值的影响
•     4.6.2 单元网格尺寸对坡脚破损区面积的影响
•     4.6.3 单元网格尺寸对塑性区的影响
•   4.7 单元类型的影响
•     4.7.1 不同单元类型对k值的影响
•     4.7.2 不同单元类型下的边坡变形
•   4.8 结论
• 5 局部强度阶梯折减法的应用
•   5.1 工程背景
•   5.2 基于局部强度阶梯折减法的边坡工程稳定性分析
•     5.2.1 模型建立
•     5.2.2 边坡稳定性分析
•   5.3 边坡加固方案设计
•     5.3.1 边坡加固方式选取
•     5.3.2 抗滑桩在坡脚位置
•     5.3.3 抗滑桩在坡中位置
•     5.3.4 抗滑桩在坡上位置
•   5.4 结论
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马士贺

导师: 侯世伟

关键词: 边坡稳定性,渐进破坏,应变局部化,局部强度阶梯折减,参数分析

来源: 沈阳建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 沈阳建筑大学

分类号: TU43

DOI: 10.27809/d.cnki.gsjgc.2019.000587

总页数: 85

文件大小: 11254K

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