边坡稳定的非线性有限元分析

基于有限元强度折减法,进行了边坡的弹塑性材料非线性及大变形几何非线性分析,并考虑了边坡的三维变形情况。在有限元分析中采用的是莫尔-库仑理想弹塑性模型,大变形分析采用的是更新的拉格朗日法。均质边坡的算例分析表明,有限元法与简化的毕肖普法的安全系数计算结果具有相同的规律,即安全系数都随着黏聚力及内摩擦角的增加而增加,随着重度的增加而减小,但是,各种有限元法的计算结果都比相应的毕肖普法的解要大,亦即毕肖普法偏于安全。各种方法对应的安全系数由大到小的顺序依次是：三维小变形有限元分析、二维大变形有限元分析、二维小变形有限元分析,简化的毕肖普法,前二者能更好地反映实际的边坡变形情况,二者的安全系数值也十分接近,因而是较好的方法。     

强度折减DDA方法及其在稳定分析中的应用

在自行研制的非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）程序中实现了自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。通过锦屏高边坡和某重力坝深层滑动的计算分析以及与刚体极限平衡法和有限元方法的比较研究可以看出,强度折减DDA法可以较高精度求出岩石高边坡的安全系数,但求得的重力坝深层抗滑稳定安全系数要低于刚体极限平衡法的结果。基于强度折减技术的DDA与FEM的耦合方法,可以较准确地求出重力坝深层抗滑稳定安全系数。     

考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序研制

探索考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元技术,并研制成功一个考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序,通过与传统极限平衡法分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出采用三维强度折减有限元法确定考虑饱和-非饱和渗流场的边坡稳定性安全系数是可行的结论.     

考虑渗流的饱和粉土地层盾构开挖面稳定分析

土压平衡盾构在穿越高水位钱塘江粉土地层时,地下水与密封舱之间的高水压差会产生过大的指向开挖面的渗透力。钱塘江粉土黏聚力低,开挖面自立性差,且土体模量小,过大的渗透力会使土体产生更大的变形,导致开挖面失稳。数值模拟中合理选取土的本构关系与模型参数,对计算结果的可靠性十分重要。为了研究渗流条件下开挖面稳定性问题,基于室内试验,对钱塘江粉土的摩尔-库仑本构模型和摩尔-库仑应变软化本构模型参数进行研究。研究发现,钱塘江粉土的剪应变是轴向应变的1.5倍;根据三轴卸荷试验得到应变软化内摩擦角和剪应变的关系,当剪应变为4.7%时内摩擦角达到峰值为25°,剪应变为7.4%时内摩擦角达到残余值为21°,剪应变在4.7%～7.4%之间时,内摩擦角线性减小。采用有限差分软件建立39组三维分析模型,通过与离心机试验的极限支护压力和地表沉降对比发现,相同水位情况下,摩尔-库仑应变软化本构模型计算的极限支护压力与离心机试验的最小误差为3.1%,最大地表沉降的误差为5.67%。证明了在钱塘江粉土地层中使用摩尔-库仑应变软化本构模型的可行性及模型参数的可靠性。     

采用有厚度接触单元对桩基沉降的研究

选用描述桩土接触面特性的有厚度接触面本构模型与土塑性特点的弹塑性本构模型, 利用研制的二维有限元程序, 研究了在荷载作用下桩的几何特征、物理特性与土及接触面的物理特性对桩基沉降的影响, 得出了几点规律性的结论。     

用有限元强度折减法对某岸坡进行稳定性分析

有限元强度折减法是近年来岩土工程界广受关注的一种边坡稳定性分析方法。通过对岩体结构面强度折减,使斜坡达到不稳定状态,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是斜坡的安全稳定性系数。本文对某岸坡进行非线性有限元接触分析,计算表明,与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,而且有助于对滑体破坏的机制的理解。工程实例证明,有限元强度折减法在斜坡的稳定性评价中是切实可行的。     

独塔混凝土斜拉桥非线性稳定影响因素分析

以在建的泸州泰安长江大桥为工程背景,利用有限元软件ANSYS建模,分析了施工过程、地基刚度、悬臂状态不对称施工对本桥稳定的影响,得出相应的结论。     

考虑强度各向异性的边坡稳定有限元分析

天然沉积的土层总是表现出一定程度的强度各向异性,但现有的边坡稳定有限元分析极少考虑各向异性的影响。对大型有限元软件ABAQUS进行二次开发,使其能够考虑土体黏聚力随大主应力方向的变化,动态更新增量迭代求解过程中边坡不同位置处的抗剪强度,进而提出具备安全系数自动搜索功能的各向异性边坡稳定分析方法。计算结果表明,均匀边坡的有限元解与极限分析上限解相差很小。如果采用土体固结方向的黏聚力并按各向同性评价缓坡的稳定性,可能严重高估安全系数,尤其是在黏聚力较高的情况下。与极限分析不同,建立的强度更新有限元模型能够分析成层边坡的稳定性。     

接触单元对边坡稳定分析影响的仿真研究

在边坡稳定问题的研究中引入了接触单元的概念,基于局部破坏理论,提出了一种新的边坡稳定系数的计算方法。同时与传统方法进行了对比分析,实例计算结果比较准确,结果表明该计算方法是可行的和准确的。从而进一步证明了局部破坏理论的正确性和边坡软弱结构面是控制边坡稳定的关键因素。     

挡墙加固非饱和土边坡整体稳定性分析

在对挡墙加固边坡进行设计和评价时应综合考虑基质吸力和挡墙对边坡整体稳定性的影响。应用可以考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,分析了挡墙加固非饱和土边坡的整体稳定性,揭示了基质吸力对加固边坡整体稳定性的影响程度,同时亦分析了整体潜在滑动面位置的变化情况,并进行了关于吸力摩擦角的敏感性分析。     

西安地铁施工诱发地表沉降及对城墙的影响

以西安地铁2号线为背景,利用3种预测公式对实测地表沉降值进行拟合,得到了沉降槽形态参数。利用拟合参数,借鉴“刚度修正法”原理对地铁下穿城墙施工诱发其基础的沉降进行预测,并建立城墙的三维有限元模型,对城墙所能承受的极限变形能力和承载力进行量化分析,分析结果表明：Peck公式能较好地描述地表沉降特征;考虑后期蠕变和固结作用,盾构施工所诱发的城墙基础最大沉降量不得超过20 mm,期望对后期地铁施工引起地表沉降及其对建筑物的响应提供科学参考。     

包裹式加筋土挡墙在城墙修复中的应用

以南京市建宁路至挹江门段明城墙修复工程为例,介绍了包裹式加筋土挡墙在城墙修复中的应用。阐述了包裹式加筋土挡墙的作用机理、施工方法,并分析了作用效果。工程实例说明,在城墙内侧场地狭小、地基情况较差的情形下,采用包裹式加筋土挡墙护坡设计方案能够取得良好效果。     

土钉支护弹塑性数值分析及稳定性探讨

用三维弹塑性有限元法对土钉支护进行了边开挖、边安装土钉和喷射混凝土面层的施工过程的数值模拟分析。通过一种强度折减技术探讨了土钉支护的稳定性。研究结果表明，施工过程中在不同的使用荷载作用下受力最大的土钉并不是一成不为的，因此，在土钉支护工程中不能随意地缩短某层土钉的长度。数值计算确定的潜在滑裂区和局部破坏区符合实际情况，认为钉体拔出是土钉支护最可能出现的内部失稳形式。     

黄延高速公路K207+690～830段边坡稳定性分析

在分析黄陵—延安高速公路K207 690~830段边坡特征的基础上,分别用剩余下滑力法、极限平衡法和强度折减有限元法,对在降雨入渗作用下该边坡的稳定性进行了对比分析,提出了针对该边坡特点的重力式挡土墙和疏排地表水相结合的滑坡综合治理方案;用SLOPE/W法对治理后边坡稳定性模拟分析认为,边坡安全系数得到很大提高,治理效果明显。研究表明,与传统的边坡稳定性分析方法相比,强度折减有限元法得到的边坡安全系数物理意义明确,优势明显,具有一定推广价值。     

基于抛物线型D-P准则的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡内通常会存在部分拉剪屈服区,因此,在岩质边坡的稳定性分析中采用能够同时考虑拉剪屈服和压剪屈服的H-B准则相较M-C准则来说更为合适。推导了基于H-B准则的抛物线型D-P准则,克服了H-B准则在数值计算中的困难。针对基于抛物线型D-P准则的有限元强度折减法,证明了折减抛物线型D-P准则材料参数的合理性。结合上述研究成果,分析了茨哈峡水电站右岸泄水边坡在天然状况下和泄水雾化状况下的稳定安全度。计算结果表明,该边坡在天然状况下是稳定的,但在泄水雾化状况下将会发生失稳。因此,需对该边坡采取工程处理措施,提高其稳定安全度,以防泄洪雾化失稳。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。     

加肋土工膜衬垫系统稳定性分析

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳,在加肋土工膜与砂土界面力学机制分析的基础上,改进了传统双楔体分析法,考虑了加肋土工膜肋块端部端承阻力对衬垫系统稳定性的影响,建立了加肋土工膜衬垫系统稳定性分析解析解。结合某实际工程初步设计,对加肋土工膜衬垫系统进行了稳定性分析,探讨了肋块形状、肋块高度和加肋间距对衬垫系统安全系数的影响。分析结果表明,该解析解能更好地计算加肋土工膜衬垫系统的安全系数。当加肋间距为20 mm时,肋块高度对安全系数的影响较大;当肋块高度一定时,安全系数随着加肋间距增加而逐渐减小;在加肋间距大于200 mm之后,加肋土工膜已接近光面土工膜的剪切特性。