基于粘土土性机理分析边坡稳定性研究

摘要

加深对土性机理的认识,对建立合适的本构模型和工程应用有重要的作用。本文首先对粘性土强度和结构的研究现状进行了回顾,介绍了现有的强度准则和破坏准则,以及用于有限元分析计算时各个准则之间的关系和转换方式。通过对粘性土的矿物组成和基本特性研究,探讨了对强度产生影响的各种机制,从微观角度考虑了粘性土中各个强度参数之间的关联,探索了土体强度机理的微观机制。通过土体的接触模型与塑性理论的结合,建立了粘性土的弹塑性本构模型。
　　 对于土质边坡来说,对土性机理的较好理解,可以更加准确的进行边坡稳定性分析。本文的第二部分根据粘性土的强度机理和作用机制,对土质边坡稳定性进行研究。本文分析了粘性土边坡稳定的影响因素、破坏机理和稳定分析方法,探讨了强度折减有限元法与极限平衡法分析边坡的原理,指出二者之间的本质区别。分析了强度折减有限元方法分析边坡稳定性的原理及所存在的问题,指出强度折减法应该对强度参数c和φ采用不同的折减系数。同时,当对岩土体的强度参数折减时,应该对岩土体相关的刚度参数进行相应折减。
　　 本文推导了调整折减系数和刚度参数的方法,通过土性参数的敏感性分析得到了调整刚度参数的不等比例强度折减法。使用有限元软件通过算例证明了本文方法的合理性和有效性,说明了按照该方法对折减系数和变形参数进行调整比不调整时更加精确,该方法为改进有限元强度折减法提供了有意义的参考。本文将调整刚度参数的不等比例强度折减有限元法进行了初步推广,使其可以应用到实际复杂的非均质边坡工程中,为解决实际的工程问题提供了一种有效合理的途径。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 研究现状

1.2.1 粘性土土性机理研究现状

1.2.2 边坡稳定性研究现状

1.3 研究目标和内容

第二章 粘性土土性机理研究

2.1 粘性土的物质组成

2.2 粘性土的物理化学性质

2.2.1 粘性土的稠度

2.2.2 粘性土的灵敏度

2.2.3 粘性土的触变性

2.2.4 粘性土的活动度

2.3 粘性土结构及强度

2.3.1 粘性土的结构

2.3.2 粘性土的强度

2.3.3 粘性土的破坏准则

2.3.4 屈服条件之间的转换

2.4 粘性土的微观强度机制

2.4.1 粘性土的微观结构及强度机制

2.4.2 粘性土的微观结构形态

2.5 粘性土的微观本构模型

2.5.1 弹性部分本构模型

2.5.2 塑性部分本构模型

2.5.3 流动法则

2.5.4 接触面力与位移的弹塑性关系

2.5.5 接触面力与位移向宏观应力应变的转化

2.5.6 弹塑性模型参数分析

2.5.7 弹塑性模型验证

第三章 边坡稳定性研究的基本理论

3.1 粘性土边坡失稳的影响因素

3.1.1 土体内在因素对边坡稳定性的影响

3.1.2 环境因素对边坡稳定性的影响

3.1.3 人为因素对边坡稳定性的影响

3.2 滑坡特征、成因及破坏模式

3.2.1 滑坡特征

3.2.2 滑坡成因

3.2.3 滑动模式

3.3 边坡稳定分析方法概述

3.3.1 定性分析方法

3.3.2 定量分析方法

3.3.3 极限平衡法中存在的问题

3.3.4 边坡稳定数值分析方法

第四章 强度折减有限元方法分析边坡稳定性

4.1 有限单元法及ANSYS软件

4.2 强度折减有限元方法及其存在的问题

4.2.1 强度折减有限元方法基本原理

4.2.2 强度折减有限元方法与极限平衡法对比

4.2.3 强度折减有限元方法存在的问题

4.3 敏感性分析原理

4.4 不等比例强度折减有限元方法的实现

4.4.1 滑坡因素敏感性的计算原理

4.4.2 敏感度与折减系数的关系

4.4.3 单一强度参数折减的敏感性分析

4.4.4 强度参数同时折减的敏感性分析

4.4.5 调整岩土体刚度参数的方法

4.4.6 调整折减系数和刚度参数的有限元算法步骤及算例分析

第五章 调整刚度参数的不等比例强度折减法推广

5.1 边坡工程的模型分析

5.2 通过敏感性分析参数对边坡稳定的影响

5.3 调整强度折减系数的方法

5.4 调整岩土体刚度参数的方法

5.5 有限元算法步骤

5.6 进一步发展思路

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 进一步研究的建议

参考文献

致谢