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有限元法在高速公路边坡稳定与加固分析中的应用研究

作　者: 符春平
导　师: 王昌衡；王力力
学　校: 湖南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 边坡稳定性分析抗剪强度有限元强度折减法现场原位抗剪试验安全系数抗滑桩树根桩化学灌浆
分类号: U416.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 234次
引　用: 2次
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内容摘要

随着我国高速公路建设的飞速发展,山区高速公路边坡问题日益突出,特别是对复杂地质环境、地理条件、采用新型结构的边坡稳定及加固分析研究显得十分重要。工程设计中往往由于分析方法、参数选用等因素影响公路边坡评价的结果,导致工程治理费用的增加或边坡失稳。针对上述问题,论文所做的工作如下:(1)对常用边坡稳定计算方法和防护技术进行分析评述,探讨适于复杂边坡稳定及加固分析的有效方法;(2)基于强度折减原理,将弹塑性有限元法应用于边(滑)坡稳定及加固分析。经与极限平衡法法计算结果比较,采用弹塑性本构模型,在平面应变条件下摩尔-库仑匹配DP准则有较好的精度。该方法不但可以求解边坡的安全系数及处于极限平衡状态的滑动面,而且可以求解边坡加固后支挡结构的内力分布,是进行边坡稳定性分析的有效方法;(3)采用现场原位抗剪试验,获得了树根桩+化学灌浆加固边坡后土体与浆脉复合材料的抗剪强度参数值。从试验结果可知,采用化学灌浆可以较好的提高边坡土体的抗剪强度值;(4)应用有限元强度折减法,对抗滑桩在南坛高速公路边坡加固中的应用进行定量研究。分别计算了边坡加固前后安全系数和抗滑桩内力,与传统方法进行比较,采用有限元法受力概念更为明确,计算得到的内力作为抗滑桩设计的依据更具合理性;(5)讨论了树根桩+化学灌浆的加固机理,树根桩为边坡土体提供强有力的骨架,而化学灌浆能有效的提高边坡土体的抗剪强度,是边坡加固的一种有效方式。以南坛高速公路边坡为例,首次采用有限元法对树根桩+化学灌浆进行数值模拟。计算结果表明,采用有限元强度折减法能反映树根桩+化学灌浆加固边坡的机理和效果,是复杂边坡加固分析的有效方法。采用树根桩+化学灌浆进行边坡加固是可行的,具有推广意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 问题的提出  11-12
  1.2 国内外研究概况  12-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-15
第2章常用边坡稳定分析方法及防护技术  15-25
  2.1 常用边坡稳定分析方法  15-19
    2.1.1 极限平衡法  15-17
    2.1.2 极限分析法  17-18
    2.1.3 有限元法  18-19
  2.2 边坡常用防护技术  19-25
    2.2.1 放缓边坡  20-21
    2.2.2 支挡  21-22
    2.2.3 加固  22
    2.2.4 防护  22-23
    2.2.5 排水  23
    2.2.6 数根桩+化学灌浆加固边坡  23-25
第3章有限元法在边（滑）坡稳定分析中的应用研究  25-43
  3.1 有限元强度折减法原理  26-34
    3.1.1 弹塑性有限元计算基本原理  26-28
    3.1.2 力和位移的收敛准则  28-29
    3.1.3 理想弹塑性增量塑性应变的计算  29-30
    3.1.4 弹塑性增量应力-应变关系计算的一般过程  30-31
    3.1.5 有限元中边坡整体失稳的判据  31-32
    3.1.6 有限元强度折减法中安全系数的定义  32-34
  3.2 有限元强度折减中屈服准则的影响和选用  34-38
    3.2.1 广义米赛斯准则  34-35
    3.2.2 摩仑-库伦准则  35-36
    3.2.3 摩仑-库伦准则的几种特殊情况  36-37
    3.2.4 有限元强度折减法中屈服准则的选用  37-38
  3.3 边坡有限元稳定性分析算例验证  38-41
  3.4 结论  41-43
第4章浆土复合材料抗剪强度参数的试验研究  43-50
  4.1 土体抗剪强度参数的确定方法  43
  4.2 南坛高速公路边坡土体现场原位抗剪试验方法概述  43-47
    4.2.1 基本概况  43-44
    4.2.2 “树根桩+化学灌浆”边坡加固方案  44-45
    4.2.3 试验依据  45
    4.2.4 试验取样及试验方法  45-47
    4.2.5 试验成果整理  47
  4.3 试验结果分析  47-50
    4.3.1 抗剪强度试验结果  47-49
    4.3.2 成果分析  49-50
第5章抗滑桩+预应力锚索在南坛高速公路边坡加固中的应用研究  50-70
  5.1 引言  50
  5.2 关于滑坡推力安全系数的定义  50-51
  5.3 用有限元法强度折减法进行滑（边）坡支挡结构设计的原则  51-52
  5.4 南宁至坛洛高速公路K18+200~300 路段滑坡稳定分析  52-60
    5.4.1 工程概况  52-55
    5.4.2 计算采用的力学参数  55-56
    5.4.3 传统极限平衡法分析结果  56
    5.4.4 有限元强度折减法分析结果  56-60
  5.5 预应力锚索抗滑桩结构计算  60-69
    5.5.1 采用传统方法（传递系数法）计算滑坡推力  60-62
    5.5.2 用传统方法计算抗滑桩结构内力  62-63
    5.5.3 有限元强度折减法计算桩锚结构内力  63-69
    5.5.4 采用不同方法计算得到的桩内力结果对比  69
  5.6 计算结果分析及结论  69-70
第6章树根桩+化学灌浆防护系统在南坛高速公路边坡加固中的应用研究  70-88
  6.1 树根桩+化学灌浆防护系统在边坡土体加固中的作用分析  70-71
  6.2 常用树根桩设计计算  71-73
  6.3 树根桩+化学灌浆施工方案及技术措施  73-76
    6.3.1 施工方案  73-74
    6.3.2 树根桩施工工艺及技术措施  74-75
    6.3.3 化学灌浆施工工艺  75
    6.3.4 树根桩+化学灌浆加固边坡效果评价  75-76
  6.4 南宁至坛洛高速公路K16+958~K17+178 段边坡稳定分析  76-81
    6.4.1 工程概况  76-77
    6.4.2 岩土工程地质条件  77
    6.4.3 加固设计方案  77-78
    6.4.4 计算采用的力学参数  78
    6.4.5 有限元模型的建立  78-79
    6.4.6 有限元强度折减法稳定分析结果  79-81
  6.5 南宁至坛洛高速公路K10+200~300 路段滑坡稳定分析  81-88
    6.5.1 工程概况  81
    6.5.2 岩土工程地质条件  81
    6.5.3 加固设计方案  81-82
    6.5.4 计算采用的力学参数  82
    6.5.5 传统极限平衡法分析结果  82-84
    6.5.6 有限元强度折减法分析结果  84-87
    6.5.7 计算结果分析  87-88
结论  88-90
参考文献  90-93
致谢  93

有限元法在高速公路边坡稳定与加固分析中的应用研究

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