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加筋高边坡变形与稳定分析

作　者: 秦晓艳
导　师: 介玉新
学　校: 清华大学
专　业: 岩土工程
关键词: 加筋边坡极限平衡法强度折减法矢量和法
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在西部山区,削山填沟既是防灾减灾的需要,也有利于缓解用地矛盾。结合略阳县凤凰山区综合治理工程,论文对土桥沟和罗家沟填方工程进行了有限元应力应变计算和稳定性分析。论文主要进行以下工作:(1)针对土桥沟和罗家沟填方工程下部的堆石混凝土挡土坝,研究下游面坡度、上游面倾角、坝后土体内摩擦角、地震烈度等对挡土坝抗滑稳定性的影响。计算表明:减缓下游面坡度、增大上游面倾角或墙后土体内摩擦角,均能增大堆石混凝土挡土坝的抗滑稳定性;坡度为1:0.8的土桥沟堆石混凝土挡土坝和1:0.7的罗家沟堆石混凝土挡土坝能够满足正常使用和抗震要求。(2)采用有限元方法,研究堆填土变形模量、泊松比以及土工格栅变形模量对填方工程应力应变的影响。计算结果表明,随着堆填土变形模量的增大,水平位移和竖向沉降均减小;随着泊松比增大,水平位移增大,竖向沉降减小;当土工格栅变形模量增大时,水平位移减小,但竖向沉降基本不变。(3)对加筋边坡进行正常使用和地震荷载下瑞典条分法和毕肖普法稳定分析,计算表明两边坡均满足抗滑要求。(4)对加筋边坡进行有限元强度折减法稳定分析,并对边坡失稳三种判据进行了研究。计算结果表明三种不同的判据对应着不同的安全系数,采用某种单一判据来判断边坡是否失稳是不可靠的。在加筋土边坡中应当考虑筋材抗拉强度不足而引起的边坡失稳。结合加筋边坡破坏机理和失稳的具体体现,建议综合考虑塑性区贯穿、特征点位移拐点和数值计算收敛性,并将筋材受力情况作为边坡失稳的辅助判据。数值计算表明,边坡坡脚的筋材往往首先达到抗拉强度,加筋高边坡中局部破坏很可能成为控制因素。(5)依据边坡滑动的矢量特征,假定筋材和土体具有相同安全系数,构造了加筋边坡“矢量和”法安全系数求解公式,将基于有限元真实应力场的素土边坡抗滑稳定分析的“矢量和”法应用于加筋边坡。计算结果表明,不管是素土边坡还是加筋边坡,“矢量和”法计算结果均与极限平衡法相近,且能克服有限元强度折减法安全系数依赖于边坡失稳判据的缺点。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-20
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 加筋边坡研究现状  10-19
    1.2.1 加筋土的试验研究  10-12
    1.2.2 加筋边坡的分析理论  12-14
    1.2.3 边坡稳定分析的理论研究  14-19
  1.3 本文研究对象及其主要内容  19-20
    1.3.1 主要研究内容  19
    1.3.2 研究意义  19-20
第2章略阳县凤凰山区综合治理工程概况  20-27
  2.1 略阳县凤凰山综合治理工程背景  20-23
    2.1.1 略阳县简介  20-21
    2.1.2 略阳县地质灾害  21-22
    2.1.3 凤凰山滑坡治理  22-23
  2.2 略阳县凤凰山综合治理工程  23-27
    2.2.1 土桥沟填方工程  25
    2.2.2 罗家沟填方工程  25-27
第3章堆石混凝土挡土坝稳定分析  27-40
  3.1 堆石混凝土挡土坝计算模型  27-28
  3.2 堆石混凝土挡土坝抗滑稳定分析  28-40
    3.2.1 堆石混凝土挡土坝受力分析  28-29
    3.2.2 正常使用阶段堆石混凝土挡土坝后土压力计算  29-31
    3.2.3 地震工况下堆石混凝土挡土坝后土压力计算  31-32
    3.2.4 堆石混凝土挡土坝抗滑稳定计算  32-40
第4章极限平衡法分析加筋边坡稳定性  40-51
  4.1 加筋陡坡计算方法  40-42
    4.1.1 条分法  40-42
    4.1.2 双楔体法  42
  4.2 边坡加筋计算条件  42
    4.2.1 计算方法及控制标准  42
    4.2.2 材料参数及设计荷载  42
  4.3 陡坡加筋计算  42-49
  4.4 加筋边坡稳定性校核  49-51
第5章罗家沟和土桥沟填方工程有限元应力应变计算  51-77
  5.1 有限元计算基本理论  51-57
    5.1.1 单元选型  51-52
    5.1.2 本构模型  52-54
    5.1.3 荷载、边界条件以及施工分期  54-55
    5.1.4 地基的初始应力  55-57
  5.2 材料参数  57-59
    5.2.1 土工格栅  57-58
    5.2.2 堆石混凝土和堆填土  58-59
  5.3 土桥沟和罗家沟填方工程应力应变计算  59-65
    5.3.1 土桥沟填方工程应力应变计算  59-62
    5.3.2 罗家沟填方工程应力应变计算  62-65
  5.4 应力应变分布影响因素的研究  65-77
    5.4.1 堆填土的弹性模量  65-72
    5.4.2 堆填土的泊松比  72-74
    5.4.3 土工格栅的弹性模量  74-77
第6章有限元强度折减法分析加筋边坡稳定性  77-94
  6.1 强度折减法有限元法基本理论  77-81
    6.1.1 强度折减法基本原理  77
    6.1.2 平面应变问题中的Drucker-Prager 屈服准则参数转换  77-80
    6.1.3 边坡失稳评判准则  80-81
  6.2 强度折减法在ABAQUS 中的实现  81-83
    6.2.1 试算法  81-82
    6.2.2 设置场变量法  82-83
  6.3 强度折减法计算边坡稳定性  83-94
    6.3.1 土桥沟加筋边坡稳定性分析  84-88
    6.3.2 罗家沟加筋边坡稳定性分析  88-92
    6.3.3 计算结果分析  92-94
第7章矢量和法分析加筋边坡稳定性  94-108
  7.1 矢量和法的基本概念  94-96
    7.1.1 平面问题下边坡整体下滑趋势方向  94-95
    7.1.2 矢量和法安全系数的定义  95-96
    7.1.3 矢量和法安全系数的求解步骤  96
  7.2 程序说明  96-99
    7.2.1 程序编写目的  96
    7.2.2 程序结构简介  96-99
  7.3 实例分析和程序验证  99-105
    7.3.1 ACADS 考题EX1(a)  100-103
    7.3.2 工程算例验证  103-105
  7.4 矢量和法求解加筋边坡稳定性  105-108
    7.4.1 求解边坡应力场  105
    7.4.2 运行“SM”程序求解安全系数  105-106
    7.4.3 计算结果及分析  106-108
第8章结论与讨论  108-110
  8.1 结论  108-109
  8.2 讨论  109-110
参考文献  110-117
致谢  117-118
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  118

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