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渝黔高速公路边坡开挖稳定性数值模拟分析

梁丰田  
【摘要】: 随着我国经济的快速发展,随着西部大开发战略的实施,资源开发和基础设施的建设正以前所未有的速度发展,正在开展城市基础设施建设,进行大规模开采矿产资源。我国幅员辽阔,地形复杂,山地在我国领土中占据了较大的比例,在这种地形变化很大,地质构造很复杂的地区修建水电工程,公、铁路工程以及矿山工程等基础设施工程,就难免需要进行岩土体开挖,这样就必然要形成大量的工程边坡。为了为保护自然环境,实现经济建设的可持续发展;为防灾减灾,极大限度地减少地质灾害造成的损失;为指导基础设施、城镇建设和经济发展规划,达到人与自然的和谐发展,极有必要对边坡的稳定性进行系统地总结与探讨。 本文采用有限单元法模拟岩质边坡开挖的变形稳定性,以渝黔高速公路边坡开挖为依托,建立符合实际工程的有限元数值模型,模拟渝黔高速公路边坡的开挖和支护过程,分析开挖状态下的边坡稳定性。文章首先对影响边坡稳定性的因素进行了分析,对边坡稳定性的分析方法进行了介绍。接着详细的介绍边坡数值模拟的计算原理和方法。重点介绍有限单元法在边坡工程的应用,以及怎么通过大型通用软件ansys来实现对边坡开挖工程的模拟。最后通过结合依托工程对边坡开挖的稳定性进行了分析。 第二章首先对边坡稳定性的概念做了介绍,边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,对边坡稳定性的分析一般通过边坡稳定安全系数来衡量。另外在这节中对边坡的分类做了详细的介绍,边坡的分类能使人们更好的认识边坡,以及更好的对不同边坡的稳定性进行分析。文章还介绍了边坡稳定性的因素,并对两种传统的边坡稳定性分析方法做了详细的阐述。 第三章中首先对有限单元法进行了简单的介绍,其中包括对有限单元法优点以及有限单元法的解题步骤的总结;由于有限单元法的发展,有限元软件也得到了广泛的应用,文章对大型通用有限元软件ANSYS进行了简单的介绍,本文将使用ANSYS软件对实际工程进行模拟分析,考虑到岩体的特殊性质,文章对岩体的本构模型进行了探讨,选择了Drunker—Prager模型作为本文的分析对象。针对岩体的非线性求解情况,文章对岩体开挖卸载的非线性力学行为进行了分析,本章最后对ANSYS在模拟边坡施工中的具体应用进行了详细的介绍,其中包括初始应力的模拟以及开挖支护的模拟和施工过程的模拟。 第四章为本文的核心章节,结合依托工程,运用有限元软件ANSYS,分工况对边坡开挖进行了模拟计算,计算结果能够满足实际工程的要求。 研究得出了以下结论: 1.在对边坡进行有限元法分析时,边坡岩体的计算模型是至关重要的,文章根据边坡岩体的性质,选择了Drunker—Pager模型来分析。实践表明这个模型能够很好的反映岩体的弹塑性本质,在计算中运用非线性解法,也避免了运用传统的线性解法,能够使计算结果更贴近实际。 2.文章对边坡数值模拟,运用的是ANSYS软件,软件运用在边坡的计算中可以通过杀死和激活单元来对边坡开挖和支护进行模拟。同时ANSYS能够将荷载分成一系列的荷载增量,可以在一个或几个荷载步内施加荷载增量。这种功能不但可以反映施工某一阶段的应力应变情况,还能近似模拟结构本身随施工过程的变化。以判别开挖施工过程中可能存在的稳定性问题。 3.分三种工况对路堑边坡的稳定性进行分析,得出的结论是边坡基本上处于稳定的状态,但是由于开挖后的变形回弹,边坡存在着一定的滑移趋势,因此有必要对该路堑边坡进行支护。


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