浅谈涉水边坡稳定性的三维强度折减有限元分析

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1、大连理工大学硕士学位论文涉水边坡稳定性的三维强度折减有限元分析姓名：万少石申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：年廷凯20090626大连理工大学硕士学位论文摘要强度折减有限元法能够考虑土体的应力一应变关系，能够自动搜索滑动面的位置及模拟边坡的渐进性破坏过程而受到广泛关注。但该方法尚存在一些问题需要进一步探讨，如有限元网格对计算精度的影响，失稳判据统一性问题，如何将该方法合理应用于考虑库、河、海水位升降等荷载作用下边坡稳定性评价，将该方法从二维拓展到三维的合理性等问题都是值得进一步验证和研究的。针对上述问题，本文主要开展

2、了以下三个方面的研究工作：1．讨论了单元形状、单元类型、网格大小等因素对边坡稳定系数计算精度和变形破坏效果的影响；分析了有限元网格与单元类型对边坡失稳判据的适宜性，对采用合理网格下边坡失稳四种判据的一致性和统一性进行了讨论；探索了边坡土体的黏聚力、内摩擦角及坡角等因素对滑动面和滑出点位置的影响；讨论了不同坡度、坡高、黏聚力和内摩擦角条件下均质边坡的稳定安全系数，并将强度折减有限元解与极限分析上限解进行了对比分析；最后将强度折减有限元法应用于各种复杂条件下的边坡稳定性分析中。2．分析了三种水位下降模式下边坡的失稳机理与稳定安全

3、系数。水位下降模式可分为骤降、缓降及非饱和一非稳定渗流三种类型。采用强度折减有限元方法分析水位在骤降和缓降条件下，岸坡的整体稳定性及其失稳机理。进一步地，通过对大型有限元软件ABAQUS的二次开发，采用VisualFortran6．5对边坡迎水面的边界条件进行改进，使水位可随时间变化合理模拟非饱和一非稳定渗流。着重从水位下降模式、浸润线位置、土体的渗透系数、水位下降速率和下降比等五个方面深入而系统地探讨渗流条件下边坡的稳定性及其影响程度。此外，研究了非饱和区基质吸力对边坡稳定安全系数的影响。在以上工作基础上，进一步讨论了多因

4、素影响下强度折减有限元边坡稳定安全系数的图表表达形式，包括土的黏聚力与内摩擦角、边坡坡角、土的渗透系数、水位下降速率、水位下降比等对安全系数的影响，建立了便于工程上广泛采用的简化图表法。最后讨论了土体的剪胀性对边坡安全系数和滑动面位置的影响。3．将强度折减有限元法拓展到三维边坡稳定性分析。通过典型算例校核强度折减有限元法三维边坡稳定分析中的可行性。研究土体的材料参数、长高比、几何形状、边界条件等因素对三维边坡稳定性和滑动面位置的影响，并与二维边坡的计算结果进行对比分析。在此基础上，将三维边坡强度折减有限元法应用于抗滑桩加固边

5、坡的变形与稳定性分析中，并近一步将强度折减有限元法应用于三维涉水边坡的稳定性分析。关键词：边坡稳定；强度折减有限元法；失稳判据；滑动面位置；水位下降模式；非饱和一非稳定渗流；浸润线；三维边坡涉水边坡稳定性的三维强度折减有限元分析Three-dimensionalSlopeStabilityAnalysisbyShearStrengthReductionFiniteElementMethod(SSR-FEM)UntierDrawdOWnCOndltlonl1—1J1⋯■AbstractMoreandmoleattentions

6、havebeenpaidtoshearsuengthreducfionfiniteelementmethod(SSR-FEM)forslopestabilityanalysis．Becauseithastheadvantagesasfollows：(1)Noassumptiontobemadeinadvanceabouttheshapeofthefailuresurface；(2)Considerednon·linearstress—strainrelationonsoil；(3)Simulationofprogressiv

7、efailureofslopes．Butsomeproblemsneedtobestudiedinadvance．Forexample，meshshape，sizeandorderfortheaccuracyofthecalculation；failurecriteria；howtoanalyzeslopesstabilitybyshearstrengthreductionfiniteelementmethod(SSR-FEM)undertransientunsaturatedseepagesandwhetheritisra

8、tionalthatSSR-删isextendedto3Dslope．Theyareworthyoffurtherstudy．Themainresearchworkdoneinthisthesisconsistsofthefollowingparts．1．Theeffectofmeshsh