邊坡穩(wěn)定有限元分析方法中若干應(yīng)用問題研究.pdf

1、基于滑面上應(yīng)力分析法和強度折減法是邊坡穩(wěn)定有限元分析方法中兩類主要的方法。論文圍繞著邊坡穩(wěn)定分析中的有限元法做了一些研究，在對邊坡穩(wěn)定分析方法的研究成果及最新進展進行總結(jié)評述的基礎(chǔ)上，介紹了兩類有限元方法的基本原理，對邊坡穩(wěn)定有限元分析方法的若干應(yīng)用問題開展研究，重點比較研究了兩類有限元方法的差異性，將有限元穩(wěn)定分析方法中的滑面應(yīng)力分析法應(yīng)用于分析填筑和開挖邊坡的穩(wěn)定性，評價基坑土釘支護邊坡的穩(wěn)定性和確定土體結(jié)構(gòu)極限承載力，在應(yīng)用研究的

2、同時，分析有限元方法解決問題的適用性，具體研究工作如下： (1)闡述了邊坡穩(wěn)定兩類有限元分析方法的基本原理，探討了安全系數(shù)的定義。比較研究滑面應(yīng)力分析法與強度折減法在安全系數(shù)大小及滑動面形狀和位置的差異。通過算例對比分析，基于非關(guān)聯(lián)流動法則，采用與經(jīng)典摩爾-庫侖準則相匹配的等效D-P準則，在平面應(yīng)變條件下，對天然邊坡(均質(zhì)邊坡、有下臥軟弱層、有軟弱夾層帶以及穩(wěn)態(tài)滲流作用下)的穩(wěn)定性開展了對比研究工作。研究表明，兩類有限元方法得到

3、的安全系數(shù)大小以及相應(yīng)滑動面形狀和位置均十分接近。 (2)在平面應(yīng)變條件下，采用滑面應(yīng)力分析法對土質(zhì)均勻的填筑和開挖邊坡的穩(wěn)定性進行了較為全面的研究，并同天然邊坡的安全系數(shù)和滑動面進行比較，計算結(jié)果表明這三類邊坡滑動面的形狀基本一致；比較了有限元穩(wěn)定分析方法和極限平衡法結(jié)果的差別，同時分析研究了參數(shù)變化對填筑和開挖邊坡穩(wěn)定性的影響；并將滑面應(yīng)力分析法應(yīng)用到土石壩的壩坡穩(wěn)定分析。 (3)在平面應(yīng)變條件下，對普通土釘支護及復

4、合土釘支護的基坑進行了有限元數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用滑面應(yīng)力分析法評價基坑的穩(wěn)定性，并將其應(yīng)用于兩個實際工程中。研究了兩種支護結(jié)構(gòu)土釘拉力、變形及基坑穩(wěn)定的變化規(guī)律，分析二者的差異；分析了土釘長度及布置方式變化對基坑變形和穩(wěn)定性的影響；研究表明當土釘足夠長時，基坑的潛在滑動面與土釘最大拉力作用點連線位置通常是一致的。 對基坑邊坡的穩(wěn)定性進行探討，比較了滑面應(yīng)力分析法和強度折減法在計算結(jié)果(安全系數(shù)和滑動面)的差異，分析產(chǎn)生差異的

5、原因。 (4)應(yīng)用有限元法確定土體結(jié)構(gòu)極限承載力，當采用理想彈塑性D-P模型時，采用增量加載的方式直到所加外荷載使土體結(jié)構(gòu)在臨界滑動面上滿足極限平衡條件，達到極限破壞狀態(tài)。分析不同D-P屈服準則在確定極限承載力時的適用性，研究表明在關(guān)聯(lián)流動法則下采用Mohr-Coulomb 內(nèi)切圓屈服準則計算得到的極限荷載對應(yīng)的土體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)無限接近于 1.0，同時其極限狀態(tài)下的臨界滑動面形狀與滑面應(yīng)力分析法搜索得到的滑動面以及經(jīng)典 Pran

6、dtl 解的滑動面一致。當采用Duncan E-B模型時，應(yīng)用滑面應(yīng)力分析法在得到土體應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，通過確定安全系數(shù)是否趨進于 1.0來求解極限承載力。研究表明：應(yīng)用滑面應(yīng)力分析法得到的無自重邊坡極限承載力及相應(yīng)臨界滑動面的形狀與經(jīng)典塑性力學理論解十分接近；對于地基承載力，當內(nèi)摩擦角較大時，傳統(tǒng)方法Terzbghi 和 Meyerhof計算結(jié)果偏于保守；φ和c是影響地基承載力大小的主要因素，除此之外，n和R<,f>對地基承載力的大小有