基于Ansys滑动面搜索与加筋边坡稳定性分析

摘要

在当今国内外自然灾害频发的背景下，对边坡的加固变得越来越重要，具有较高的研究价值，对保障广大人民的生命财产安全起到重要作用。利用ansys软件完成了基于弹性应变能突变的滑动面搜索方法，得出最小加筋长度为6m。本文还运用ansys软件模拟分析加筋边坡稳定性，通过和未加筋边坡位移和塑性变形对比，说明筋材能够有效的提高边坡的稳定，同时也研究了加筋层数、筋材长度和土体重度三种影响加筋边坡稳定性因素做了分析，得出了一些对边坡加筋形式有指导作用的结论，分析了加筋边坡内部应力、应变特性以及土工格栅特性。本文主要的研究内容和研究成果如下： （1）分析了整个边坡的能量储存、能量转换以及能量释放。边坡破坏的过程是一种能量释放的过程，随着折减系数的增加，弹性应变能先增大后减小，边坡体积先减小后增大，弹性应变能释放减小，体积增大，说明部分弹性应变能转化成了边坡动能，体积突变过程和弹性应变能趋势转换几乎是同步的，弹性应变能突变和体积突变可以作为边坡破坏的参考。 （2）边坡失稳破坏时滑动面处会发生滑动和塑性变形，而这种能量最直接的来源就是滑动面处土体的弹性应变能释放，基于这种理论，我们开发了一种滑动面搜索方法，并用ansys软件完成了对经典边坡滑动面位置的确定，该方法与Spencer法所得滑动面基本接近，说明这种方法是可靠的。 （3）在运用ansys模拟加筋边坡分析时，随着加筋层数的增加，边坡最大水平位移降低明显，当加筋层数达到四层时，减少不是很明显，在工程实际中应当合理添加层数，过多只会造成浪费；筋材长度达到7.5m才会对边坡稳定起到作用，筋材增加到17.5m，最大水平位移减小的幅度越来越小；随着土体重度的减小，加筋效果越明显，有效的抑制了水平扰动，随着土体重度增加，反而不明显。 （4）分析了加筋边坡内部稳定性，加筋后土体应力、应变都呈减小趋势，边坡达到临界状态时，斜坡和边坡顶部土体应力、应变发生震荡，应变、应变关系不再是线性，发生了明显的塑性变形，边坡中下部土体较为稳定，土工格栅的位移呈现两边小、中间大，总体位移比格栅周围土体小，体现了格栅的较好的抗拉性能。

目录

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第一章 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 加筋土的国内外研究现状

1.3 加筋边坡的国内外研究现状

1.4 本文主要的研究内容与方法

1.5 研究技术路线图

第二章 加筋边坡稳定性理论分析

2.1 准粘聚力理论

2.2 通用条分法加筋分析

2.3 强度折减法

2.4 边坡的能量分析

2.5 本章小结

第三章 基于弹性应变能突变的滑动面搜索

3.1 滑动面搜索的主要方法

3.2 运用Ansys验证边坡整体弹性应变能的变化及体积变化

3.1表 边坡土体计算的参数

3.3 边坡破临界状态下的能量变化

3.4 建立边坡弹性应变能分析模型

3.5 滑动面曲线拟合

3.6 算例分析

3.7 本章小结

第四章 基于Ansys对加筋边坡的稳定性分析

4.1 Ansys软件介绍

4.2 加筋边坡的本构模型及其单元类型

4.3 有限元计算收敛准则

4.4 Ansys 模拟加筋边坡

4.5 本章小结

第五章 加筋边坡内部稳定性分析

5.1 加筋边坡的应力场分布

5.2 加筋边坡的应变场分布

5.3 加筋边坡内部节点的应力应变关系

5.6加筋后的应力应变曲线

5.7未加筋的应力应变曲线

5.4 加筋边坡达到临界状态时的内部特征

5.5 不同折减系数下加筋边坡内部稳定性

5.6 加筋边坡中土工格栅的特性

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展 望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果