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基于有限元计算的边坡稳定极限平衡法研究

巩留杰  
【摘要】:长期以来,边坡稳定性的研究一直是科学界及工程界研究的热点和难点之一。随着我国国民经济的发展,尤其是西部大开发战略的实施,铁路、公路、水利工程等基础设施建设方兴未艾,这些工程中经常会涉及到边坡稳定问题。因此,边坡稳定性问题是土木工程领域较为重要的理论和工程问题。 在边坡的稳定性分析中,极限平衡分析法是一种传统的方法,一直以来被工程界广泛应用。其主要原因是:概念清晰、容易理解和掌握,其分析结果能较好的反应边坡的稳定性。由于在计算过程中引入了一些假定,也并未考虑岩土的非线性本构关系,因此计算结果偏于保守。所以本文在传统极限平衡分析法的基础上,借助现代有限元非线性理论对边坡整体稳定性进行分析和研究。 本文借助于有限元,对边坡进行弹塑性数值计算,根据等效塑性应变确定边坡最危险滑面的位置,并计算滑面上分布的正应力与切应力,沿用传统极限平衡法中安全系数的定义计算边坡的安全系数。文中采用该方法研究了均质土坡、非均质土坡的整体稳定性。并将计算结果与传统的极限平衡法进行了比较。通过改变土体的摩擦角、土体的粘聚力、坡高、坡角等因素,计算边坡的安全系数,分析这些因素对边坡稳定的影响规律。 加筋土技术是解决填土边坡稳定的有效技术手段,通过在填土中铺设加筋材料增加边坡的稳定性。本文基于极限平衡理论推导了加筋土坡安全系数的计算表达式。采用基于有限元的极限平衡方法研究了加筋材料、加筋间距、加筋总量等因素对加筋边坡的安全系数的影响,并分析这些因素对边坡稳定的影响规律。


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