改进的有限元上限分析法在斜坡稳定性分析中的应用

论文摘要

斜坡失稳引发的地质灾害对我国建筑,水利,道桥等工程影响巨大。发展高效精确的斜坡稳定性评价方法是科研人员的研究重点。在传统有限元上限分析法的基础上,本文引入改进Zoutendijk算法计算上限规划模型,利用双强度折减系数替代等强度折减系数对其进行改进,证明了改进方法的可行性并对影响斜坡稳定性的主要因素进行了研究。本文基于合理假设,以数值离散技术对两个典型工程算例建立上限规划模型,引入改进Zoutendijk算法和双强度折减系数进行迭代计算,发现该算法与软件内置优化算法相比,能有效提高计算效率;采用有限元强度折减法和极限平衡法证明了计算结果的准确性,双强度折减系数在等强度折减系数基础上能够进一步提高结果精度,最终得到的节点速度场与软件模拟的斜坡失稳形式拟合较好,说明引入改进Zoutendijk算法和双强度折减系数的有限元上限分析法可行性较高。针对影响斜坡稳定的内部因素,利用本文提出的改进方法和模拟软件对经典斜坡算例进行计算,绘制最大水平位移增量、折减系数增量比值与稳定系数关系图得到:计算范围越大结果越精确;内摩擦角及粘聚力的变化与斜坡稳定系数呈线性函数关系,双强度折减系数下,粘聚力对斜坡稳定性影响大于内摩擦角;在一定前提条件下,弹性模量及泊松比的影响可以忽略不计。本文提出的改进方法计算结果数值稳定性较好,总体略小于软件模拟结果,符合上限解特征。针对外部水的作用,本文主要研究库区水位下降的工况,引入延迟高度并对其公式进行非线性拟合,修正传统Boussinesq方程,推导坡外静水压力和坡内孔隙水压力功率表达式,以水利枢纽溢洪道工程岸坡为例建立上限规划模型,引入改进Zoutendijk算法和双强度折减系数进行计算。选取不同库水降速,渗透系数,给水度和含水层平均厚度,以传统浸润线计算公式和软件模拟作为对照:降低给水度;减小库水降速;增大渗透系数;增大含水层厚度能够提高斜坡稳定系数,考虑延迟高度的结果比传统浸润线结果更精确,与软件模拟拟合较好,符合实际。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 有限元上限分析法的研究现状
•     1.2.2 影响斜坡稳定性因素的研究现状
•     1.2.3 有限元上限分析法在斜坡稳定性影响因素中的研究现状
•   1.3 本文主要工作
• 第2章 有限元上限分析法的应用假设
•   2.1 理想塑性材料的假设
•   2.2 屈服函数和关联流动法则的假设
•   2.3 虚功原理和小变形的假设
• 第3章 引入改进Zoutendijk算法和双强度折减的有限元上限分析法评价斜坡稳定性
•   3.1 有限元上限规划模型的建立
•     3.1.1 基于线性速度单元的离散
•     3.1.2 基于应用假设的约束方程推导
•     3.1.3 基于虚功原理的目标函数推导
•     3.1.4 约束方程与目标函数的整合
•   3.2 斜坡稳定系数的确定
•     3.2.1 基于双强度折减系数的稳定系数
•     3.2.2 考虑关联与非关联流动法则的影响
•   3.3 方法实现及仿真模拟
•     3.3.1 改进Zoutendijk算法的实现
•     3.3.2 Ansys模拟
•     3.3.3 Geo-studio模拟
•   3.4 算例验证及工程应用
•     3.4.1 算例验证
•     3.4.2 工程应用
•   3.5 本章小结
• 第4章 斜坡内部因素对稳定性的影响
•   4.1 斜坡计算范围的影响
•   4.2 斜坡材料抗剪强度参数的影响
•   4.3 斜坡材料变形参数的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 考虑外部水作用下的斜坡稳定性分析
•   5.1 基于延迟效应的Boussinesq方程改进
•   5.2 基于水位下降的上限模型建立
•   5.3 工程实例分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏懿源

导师: 杨志双

关键词: 改进的算法,双强度折减系数,斜坡稳定性影响因素,修正方程

来源: 吉林大学

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: 吉林大学

分类号: TU43

总页数: 101

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