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冻融对边坡稳定性影响的数值模拟研究

2020-12-08阅读(377)

冻融对边坡稳定性影响的数值模拟研究

论文摘要

目前,我国建筑业的发展比较迅猛,特别是国家响应振兴东北战略后,季节性冻土地区的公路、铁路以及基础设施建设更加蓬勃发展。但是,伴随而来的冻融灾害也随之增多。由于季节性冻土其自身的复杂性,造成边坡在冻融条件下导致的滑坡在各种灾害中占有很大比重。迄今为止,关于寒区土体的研究资料非常少,工程实践也多于理论探讨,因此对于季节性冻土地区的边坡在冻结和融化过程中的稳定性等问题亟需科研攻关和实验研究。本文首先利用极限平衡法对融化边坡的安全系数公式进行推导,再通过强度折减的有限单元法对某路堑边坡进行数值模拟,将模拟出来的塑性区贯通作为边坡失去稳定性的判定依据,然后将此时得到的安全系数与极限平衡法推导得到的结果形成对比分析,验证了通过强度折减的有限单元法来分析边坡稳定性这种方法是完全适用的。在可行的条件下,对季节性冻土地区的边坡土体进行三维模拟来探讨其在冻融条件下的稳定性。同时,在不改变力学参数等情况下在坡体内加入抗滑桩,利用Mohr-Columb强度理论和强度折减法研究桩径、桩长、桩体布置位置以及桩顶约束情况对边坡的整体稳定性影响等。得到如下主要研究成果:（1）通过极限平衡法推导出了关于土质边坡在融化时的安全系数计算公式并得到:随着融化时间的增长,深度逐渐增大,安全系数逐渐降低,因此边坡没有原始时稳定;随着有效内摩擦角的逐渐减小、坡度的逐渐增大,安全系数逐渐降低,因此边坡没有原始时稳定性;（2）通过强度折减法探讨了边坡在冻结、融化和非冻土区时的稳定性得到:冻结过程增加了边坡的稳定性;融化过程降低了边坡的稳定性;经历一个冻融循环后,边坡的稳定性降低;（3）抗滑桩对于增强边坡的稳定性有良好的效果,但是融化过程会削弱其稳定性;随着桩径的增大,安全系数逐渐增加,但最终趋于稳定,因此要合理选择抗滑桩直径大小;抗滑桩布置在0.35≤K≤0.55区间内稳定性较强、桩顶约束条件越强边坡稳定性越高,因此在条件容许的情况下,要合理布桩且适当提高其顶部的约束条件。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 边坡稳定性分析常用方法
  •     1.2.1 极限平衡法
  •     1.2.2 有限单元法
  •     1.2.3 两种种方法比较
  •   1.3 国内外研究现状及发展趋势
  •     1.3.1 国外研究现状及发展趋势
  •     1.3.2 国内研究现状及发展趋势
  •   1.4 研究问题的提出
  •   1.5 主要研究内容
  • 2 极限平衡法分析边坡的稳定性
  •   2.1 极限平衡法简介
  •   2.2 极限平衡法简述
  •     2.2.1 极限平衡法原理
  •   2.3 极限平衡法研究边坡稳定性
  •     2.3.1 极限平衡法分析假设
  •     2.3.2 极限平衡法稳定系数的推导过程
  •   2.4 本章小结
  • 3 有限单元法研究边坡的冻融稳定性
  •   3.1 有限元简介
  •   3.2 有限元强度折减法
  •     3.2.1 有限元强度折减法基本原理
  •     3.2.2 有限元强度折减法的优点
  •     3.2.3 边坡失稳判别准则
  •   3.3 条件简化
  •   3.4 有限元模型研究
  •     3.4.1 计算范围、边界条件以及单元类型
  •     3.4.2 本构模型的选取
  •     3.4.3 材料参数的选取
  •   3.5 数值模拟的可行性检验
  •     3.5.1 工程概况
  •     3.5.2 模型本构类型及参数的选取
  •     3.5.3 有限元模型建立的主要步骤
  •     3.5.4 模拟结果分析
  •   3.6 冻融稳定性研究
  •     3.6.1 模型及参数的选取
  •     3.6.2 非冻土地区边坡稳定性分析
  •     3.6.3 边坡冻结过程稳定性分析
  •     3.6.4 边坡融化过程稳定性分析
  •     3.6.5 冻融对边坡稳定性的影响
  •   3.7 本章小结
  • 4 季节性冻土区抗滑桩有限元机理分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 抗滑桩简介
  •     4.2.1 抗滑桩的设计要求
  •     4.2.2 抗滑桩的破坏形式
  •   4.3 抗滑桩的有限元模型
  •     4.3.1 本构模型
  •     4.3.2 边坡土体—抗滑桩的接触问题
  •   4.4 抗滑桩的有限元分析
  •     4.4.1 未加入抗滑桩（无支护状态）滑坡稳定系数
  •     4.4.2 抗滑桩桩径的数值模拟分析
  •     4.4.3 抗滑桩长度的数值模拟分析
  •     4.4.4 抗滑桩位置的数值模拟分析
  •     4.4.5 抗滑桩约束情况的数值模拟分析
  •   4.5 本章小结
  • 5 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 创新点
  •   5.3 展望
  • 参考文献
  • 作者简介
  • 作者在攻读硕士学位期间获得的成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张卢霞

    导师: 任德斌

    关键词: 冻融稳定性,边坡,极限平衡法,有限单元法,抗滑桩

    来源: 沈阳建筑大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,建筑科学与工程

    单位: 沈阳建筑大学

    分类号: TU43

    DOI: 10.27809/d.cnki.gsjgc.2019.000317

    总页数: 72

    文件大小: 7649K

    下载量: 76

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