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土坡稳定问题的有限元分析

作　者: 李志高
导　师: 刘国明
学　校: 福州大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 有限元法土坡稳定弧长控制法
分类号: TU432
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 291次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来，随着经济的高速发展，我国各地区均需要修建大量的基础设施，如高速公路、铁路、机场、码头、海堤、路堤、土坝等，在这些工程项目中土坡得到广泛的应用，必然就存在着土坡稳定问题。土坡稳定分析是一个十分重要的问题，它对土坡的经济性和安全性有着重要影响，每年都会由于滑坡造成巨大的经济损失。安全系数作为衡量土坡稳定的安全度指标，其计算结果受诸多因素的影响，正确选择土坡稳定所要求的安全系数，对正确评判土坡的稳定性具有十分重要的作用。目前对某些土坡计算出的安全系数大于1.0，还是发生了滑坡，而有的土坡虽然算出的安全系数小于1.0，但却是稳定的。这些情况表明，影响计算安全系数的因素非常复杂。荷载控制法和位移控制法是非线性分析中早期常用的参数控制方法。但荷载控制法仅适用于屈曲前路径的跟踪；位移控制法可用于全过程的跟踪，但当自由度较多时，位移控制点不易选取，且所选控制点的位移必须一直增大，因而不适用自由度较多的结构。另外，对于结构变形存在跳回现象的情况，位移控制法也无法胜任。可见，荷载增量控制法控制的是△λ，位移控制法控制的是△μ，而弧长法则同时控制△λ与△μ，以使位移向量增量的内积在迭代过程中保持为常量。本文的一个重要创新是：在有限元程序中引入弧长法，利用弧长控制法跟踪结构破坏的全过程，自动搜索并精确确定结构破坏的临界点。本文在序论中详细阐述了目前国内外对土坡稳定分析的理论和方法，并比较各种方法之间的差异和他们的优缺点：详细阐述了有限元程序编制的原理方法，步骤和过程；详细阐述了弧长法原理，推导出了弧长法的实现过程和步骤，并把弧长法应用于有限元理论中，编制了土坡稳定分析程序．APSS(Analysis Program of Slope Stability)：最后，应用本文完成的分析程序APSS，计算了4个工程实例。通过实例证明此方法的可靠性，稳定性和收敛性，展示了弧长法对于搜索极值所体现出来的优越性与先进性。

全文目录

中文摘要  2-3
英文摘要  3-6
第一章序论  6-15
  1．1 土坡概述  6-9
  1．2 土坡稳定计算理论  9-12
  1．3 极限平衡分析方法和有限元法的优缺点  12-13
  1．4 本文的主要工作  13-15
第二章土坡稳定问题非线性有限元分析的基本原理  15-41
  2．1 有限元计算模型  15-20
  2．2三种单元的劲度矩阵  20-24
  2．3 非线性有限元方程组的求解  24-28
  2．4 结构反力向量的求解  28-30
  2．5 弧长控制法  30-37
  2．6 安全系数的有限元计算  37-41
第三章非线性有限元分析程序的编制实现  41-55
  3．1 程序设计与程序框图  41-45
  3．2 有限元计算中的一些处理  45-55
第四章工程实例分析  55-70
  4．1 实例一土坝稳定问题  55-57
  4．2 实例二永漳公路高填路堤的稳定计算  57-61
  4．3 实例三永漳公路深挖路堑高边坡稳定计算  61-64
  4．4 实例四有土工织物加强的路堤稳定计算  64-68
  4．5 结果分析  68-70
结论与展望  70-72
主要参考文献  72-74
致谢  74

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