学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

土质边坡渐进破坏计算机仿真及模型试验研究

作　者: 郑娟
导　师: 刁心宏
学　校: 华东交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 土质边坡稳定性分析渐进性破坏计算机仿真物理相似模拟试验
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

一直以来,土坡的稳定破坏分析都是岩土工程领域的一项重要课题。边坡问题一旦处理不当,土坡失稳破坏,不仅影响工程进度,甚至危及人民生命安全,因此解决土坡稳定问题具有重要的意义。而大量的理论研究和工程实践都表明,边坡的破坏并不是瞬间一次完成的,而是一个由局部破坏逐渐扩展以至形成整个滑面的渐进过程。近几十年来,对于边坡的渐进破坏分析已经积累了十分丰富的试验数据,理论基础也相对成熟,边坡的渐进性破坏理论虽然已逐渐被工程技术人员所接受,但工程实践证明,只有将理论的研究成果有效的应用于实践,才是真正解决问题的关键,这也是摆在岩土工作者面前极具挑战并具有重要理论和实践应用价值的课题。本文主要围绕渐进破坏的理论,采用有限元建模进行数值模拟,并通过室内物理相似模拟试验进行验证。本论文的主要研究工作包含以下几个方面。1)采用有限元理论建立了土质边坡渐进破坏的分析模型,并运用FORTRAN90语言编写程序进行了数值模拟。分析时,首先是进行离散,然后进行单元分析,建立单元刚度矩阵,并组合形成整体刚度矩阵。最后建立整体平衡方程,引入约束条件,解出节点位移值,并通过节点位移值计算出单元应力。在通过FORTRAN实现数值模拟的过程中,首先输入有限元计算所需要的原始数据,由AMESH子程序自动生成计算模型网格;然后按照线弹性有限元的分析步骤,编写相应的子程序,完成单元应力的计算。2)运用对破坏单元进行强度处理的方法,寻找出了边坡模型的渐进破坏带。在建立起弹性应力场后,采用德鲁克-普拉格屈服准则进行屈服判断,分析二维平面应变土质边坡的应力状况,并找出第一批屈服破坏单元,对其进行强度折减处理,主要是将其弹性模量进行相应的折减,然后将破坏单元的过量应力按弹塑性有限元理论分配到周边单元。处理后的破坏单元与其他单元一起进行第二次程序运算,逐次得到新的破坏单元,同样对新的破坏单元进行处理,以此类推,从而实现对边坡渐进破坏过程的追踪。3)通过室内物理相似模拟试验,对FORTRAN编写的程序进行验证。试验采取分层填筑砂土土样的方式,在平面模型架上构筑边坡模型,然后在坡顶对模型加载。将各测点的起始位置作为原点,测量每次加载后测点相对于各自起始位置的距离变化,就可测得该次加载测点位移增量值。同时每间隔一段时间,用相机对模型整体进行拍照,通过比较照相胶片上各测点的距离,得到绝对位移值。最后分析试验结果,将其与程序设计得到的结果对比,对数值模拟的结果进行验证。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究的目的及意义  11
  1.2 边坡渐进破坏分析的研究现状及发展趋势  11-17
    1.2.1 边坡的渐进破坏  11-13
    1.2.2 边坡渐进破坏的研究现状  13-15
    1.2.3 边坡破坏分析的发展趋势  15-17
  1.3 研究技术方案  17-18
  1.4 完成的主要研究工作  18-19
第二章有限元数值模拟基本理论  19-27
  2.1 概述  19-21
    2.1.1 有限元的发展  19-20
    2.1.2 有限元的特点  20-21
  2.2 有限元基本方程  21-22
    2.2.1 平衡微分方程  21-22
    2.2.2 几何方程  22
    2.2.3 物理方程  22
  2.3 有限元分析要素处理  22-26
    2.3.1 本构模型  23-24
    2.3.2 大小变形假定  24
    2.3.3 屈服准则  24-26
  2.4 小结  26-27
第三章土质边坡渐进破坏分析程序设计  27-55
  3.1 FORTRAN 语言的简要介绍  27-29
    3.1.1 FORTRAN 语言的发展  27-28
    3.1.2 FORTRAN 90 的特点  28-29
  3.2 程序设计主要步骤及原理  29-45
    3.2.1 模型建立与数据的输入  29-31
    3.2.2 单元分析  31-35
    3.2.3 组合整体刚度矩阵  35-36
    3.2.4 建立平衡方程组  36-39
    3.2.5 解方程求位移  39-42
    3.2.6 计算单元应力  42-43
    3.2.7 屈服判断  43-44
    3.2.8 渐进破坏过程的实现  44-45
  3.3 程序结构构成与程序流程  45-48
    3.3.1 程序总结构框图  45-46
    3.3.2 程序构成及特点  46-48
  3.4 输入数据  48-50
    3.4.1 控制信息  49
    3.4.2 单元信息  49-50
    3.4.3 约束信息  50
    3.4.4 材料信息  50
    3.4.5 荷载信息  50
  3.5 输出数据  50-53
  3.6 破坏单元渐进出现  53-54
  3.7 本章小结  54-55
第四章物理相似模拟试验  55-70
  4.1 相似模拟法  55-61
    4.1.1 相似理论  55
    4.1.2 相似材料模拟法的单值条件  55-58
    4.1.3 相似材料模拟法的相似判据  58-60
    4.1.4 相似模拟试验的特点  60-61
  4.2 边坡物理相似模拟试验设计  61-65
    4.2.1 试验目的及指导思想  61
    4.2.2 模型架设计  61-62
    4.2.3 荷载设计  62-64
    4.2.4 试验观测设计  64-65
  4.3 试验结果分析  65-69
    4.3.1 边坡变形、破坏情况  65-69
    4.3.2 试验结果分析  69
  4.4 本章小结  69-70
第五章总结  70-71
  5.1 主要结论  70
  5.2 本文研究的不足之处  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
个人简历在读期间发表的学术论文  75

土质边坡渐进破坏计算机仿真及模型试验研究

内容摘要

全文目录

相似论文