悬锚式挡土墙有限元分析与强度理论应用研究

摘要

由于我国公路建设事业近年来的迅猛发展,高等级公路不断向山区延伸,这些地方沟壑纵横,高填深挖在所难免,因此需要修筑大量的支挡结构物,所以研究开发新型的高大支挡结构物成为有广阔前景的领域。本文主要进行了悬锚式新型挡土墙的数值分析研究。
　　本文采用岩土有限元软件z-soil.pc2D/3D对悬锚式挡土墙进行有限元分析。在有限元计算中,分别采用了Mohr-Coulomb强度理论、双剪统一强度理论、三剪统一强度理论作为土体的本构模型,挡土墙和锚定板采用Beam单元、拉杆采用Truss单元、土体采用Continuum单元、接触面采用Goodman单元,并采用生死单元来实现施工过程的开挖、回填、修筑的模拟,考虑到土的变形模量随深度的增加,采用增量迭代法作为非线性的求解方法。主要对以下问题进行研究:
　　(1)总结了国内外挡土墙的形式及发展现状,明确提出悬锚式挡土墙的概念,分析其结构组成、构造形式及其工作特性。
　　(2)采用非线性有限元方法,运用岩土专业有限元软件z-soil.pc2D/3D建立悬锚式挡土墙的有限元模型。通过对悬锚式挡土墙修筑过程的模拟,对挡土墙的位移、填土的位移、基底填土的沉降、底板、拉杆和锚定板受力分析、土压力分布和挡土墙弯矩等展开有限元计算研究。
　　(3)利用Mohr-Coulomb强度理论、双剪统一强度理论和三剪统一强度理论对土体进行有限元强度折减分析,得出在不同强度理论下的稳定安全系数,分析悬锚式挡土墙的稳定性,确定三剪统一强度理论的正确性和适用范围。

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第一章 绪论

1.1挡土墙的类型及特点

1.2国内外挡土墙研究现状

1.3强度理论的发展现状

1.4问题来源及研究的目的和意义

1.5悬锚式挡土墙简介

1.6本章小结

第二章 有限元基础理论

2.1 有限单元法的发展概况

2.2弹性力学基本理论

2.3有限单元法的基本思想及分析过程

2.4非线性有限元计算方法

2.5本章小结

第三章 强度理论

3.1弹塑性本构理论

3.2 Mohr-Conlomb强度理论

3.3双剪统一强度理论

3.4三剪统一强度理论

3.5三种强度理论的对比

3.6本章小结

第四章 边坡稳定性分析方法

4.1极限平衡法

4.2极限分析法

4.3有限元法

4.4有限元强度折减法

4.5本章小结

第五章 悬锚式挡土墙有限元分析

5.1 Z-SOIL.PC2D/3D有限元程序

5.2悬锚式挡土墙有限元分析模型

5.3初始地应力场的建立

5.4单元生死

5.5开挖荷载

5.6悬锚式挡土墙施工过程模拟

5.7本章小结

第六章 有限元计算结果分析

6.1位移分析

6.2基底土体沉降分析

6.3底板、拉杆、锚定板分析

6.4土压力和弯矩分析

6.5悬锚式挡土墙稳定性分析

6.6基于双剪和三剪强度理论的稳定性分析

6.7本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

附录1

附录2

致谢