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基于三维非线性有限元的边坡静—动力稳定分析

黄跃群  
【摘要】:边坡的稳定对工程的安全建设和稳定运行具有重要意义。长期以来,人们普遍采用安全系数的评价体系分析评价边坡滑块的稳定性,但对边坡的整体失稳和局部破坏问题研究较少。本文基于三维非线性有限元,将变形加固理论拓展应用于边坡的静-动力稳定分析,从变形加固理论的两个核心概念——塑性余能和不平衡力——出发,综合有限元应力应变成果以及安全系数评价标准,全面研究边坡在静力和动力作用下的稳定情况,并初步建立边坡在该框架内的静-动力稳定性评价体系和相应的研究方法。 本论文所做的主要研究工作有: 1.简要介绍了变形加固理论的基本理论,分析总结了静力作用下边坡塑性余能范数随材料降强的变化规律,以及动力作用下边坡塑性余能范数随时间变化的规律,验证了塑性余能范数作为边坡整体稳定性判定依据的合理性。结合不平衡力的分析研究,阐述了不平衡力与局部破坏的关系,以及不平衡力随降强或时间的发展规律。 2.简要介绍了多重网格法的基本理论,采用多重网格法利用有限元的应力计算成果得到滑面安全系数时程曲线,并进行了精度验算,说明了采用多重网格法计算滑面安全系数的精确性。在此基础上,采用可靠度分析的理论,计算了边坡的动力安全系数。 3.将变形加固理论应用于锦屏一级拱坝左岸边坡的静力稳定分析,并就坝与边坡的相互作用问题进行了分析研究,总结了边坡在静力作用下的一些规律性结论。 4.将变形加固理论应用于大岗山右岸边坡的动力稳定分析,从应力应变成果、滑块安全系数时程曲线、塑性余能范数时程曲线以及不平衡力等方面全方位地分析研究了边坡在地震荷载作用下稳定情况,总结了边坡在动力作用下的一些规律性结论。


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