基于有限元强度折减法的边坡稳定性数值研究

摘要

边坡稳定性问题是人们长期以来最为关注的工程地质问题。目前,边坡的稳定性分析方法有很多,但是这些方法自身都存在着不同程度的优缺点。因此,如何对其合理的选择已成为人们关注的重点。本文首先在对边坡稳定性分析方法的研究成果及最新进展进行总结评述的基础上,介绍了各种常用的边坡稳定性分析方法,然后紧紧围绕有限元强度折减法的三种失稳判据,对边坡进行了一系列的研究。主要内容如下：(1)阐述了边坡破坏的模型及其影响边坡稳定性的因素,根据安全系数的定义介绍了各种常用的边坡分析方法,重点介绍了有限元强度折减法的基本原理及其失稳判据；(2)紧紧围绕有限元的本构关系,简要介绍了应力-应变关系,弹性、弹塑性模型,流动准则及其硬化规律,重点对常用的M-C屈服准则以及各种D-P屈服准则进行了详细的说明,并对他们的推导过程进行了说明；(3)利用ANSYS数值分析软件,结合一个典型算例,采用外角外接圆、内角内接圆、内切圆、摩尔库仑等面积圆、与摩尔匹配圆等准则,分别基于有限元强度折减法的三种判据对边坡进行分析,并与极限平衡法的计算结果进行对比,得出强度折减法的可行性；(4)结合具体边坡的工程实例,采用误差最小的与摩尔匹配D-P圆屈服准则进行分析,计算出边坡的变形,位移,应力,应变,塑性区,并通过计算的数据判断边坡的滑动面,从而更好的指导工程实践。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 边坡稳定性分析研究现状

1.2.1 极限平衡法

1.2.2 数值计算方法

1.2.3 其他方法

1.3 问题的提出

1.4 本文研究方法和内容

2 边坡的破坏模式及稳定性的工程地质评价方法

2.1 边坡的破坏模式简析

2.2 影响边坡稳定性的因素

2.3 边坡稳定性的工程地质评价方法

2.3.1 边坡安全系数的定义

2.3.2 强度折减法的基本原理(Strength Reduction Method)

2.3.3 强度折减法的失稳判别标准

2.4 本章小结

3 有限元强度折减法中本构关系的研究

3.1 引言

3.2 应力应变关系

3.2.1 应力

3.2.2 应变

3.3 本构模型的分析与选用

3.3.1 弹性模型

3.3.2 弹塑性模型

3.4 屈服准则的介绍与分析

3.5 流动准则及硬化规律

3.5.1 流动准则

3.5.2 硬化规律

3.6 本章小结

4 土质边坡在ANSYS中不同D-P准则的对比研究

4.1 ANSYS有限元简介

4.2 各种D-P准则之间的相互转换

4.3 具体算例解析

4.3.1 边坡概况

4.3.2 计算模型

4.3.3 计算分析

4.3.4 结果分析

4.4 本章小结

5 府谷厂区某边坡工程实例分析

5.1 工程概况及其计算参数

5.1.1 工程简介

5.1.2 边坡的工程地质概况

5.1.3 边坡的特征及其计算参数

5.2 基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

5.2.1 计算模型

5.2.2 边坡的稳定性分析

5.2.3 边坡滑动面的确定

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献