【摘要】：边坡的稳定性受控于岩土体的基本特性和人为改造的程度两方面因素。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性,因而道路工程边坡设计是预测性、风险性的设计。实践证明,如分析方法得当,采用有限元法可对边坡施工过程进行动态的数值模拟,对边坡设计和施工具有重大的指导意义和经济意义。 论文分析了国道318线二郎山至康定段改建工程K2791+690～830段岩质边坡现场施工监测数据,在此基础上,采用商业软件ANSYS,应用弹塑性有限元理论,对边坡从开挖到锚固的整个施工加固过程进行数值仿真计算。模拟中,结合现场实际情况,将K2791高边坡划分为坍塌区与正常区,对不同区域岩体在不同施工阶段的变形、稳定情况做对比研究,将顺坡向的水平位移变化作为坡体变形主要考察因素,边坡稳定性则通过Drucker-Prager屈服准则中屈服函数值来反映,搜索出屈服函数值大于零的单元,绘制出屈服区域,借此评价坡体的稳定性。最后,结合现场监测结果,将计算值与监测值进行对比分析。 模拟结果表明:开挖促使坍塌区表层岩体顺坡向外移动,形成自坡顶至坡脚的大范围连续屈服区域,在整个开挖过程中,屈服范围变化甚小,如果不进行跟进式的适时支护,极有可能诱发坍塌区边坡相当规模的局部坍塌;而锚固过程明显缩小坡体的屈服区域,使岩体顺坡向内移动,从而大大促进了边坡的稳定。按模拟结果,无论开挖还是锚固,都有利于正常区坡体的稳定,其中锚固的作用更为明显。对比变形发展趋势,报告计算结果与现场监测数据较为吻合的,说明本文所采用的有限元计算模型和分析方法是可行的,可较好对陡坡路基在施工过程中的变形、稳定状态加以模拟;而前期工作所建立的数值模型,可作为进一步研究加固措施与边坡岩体联合作用的基础,因而具有重要的参考价值。论文的研究成果对边坡监测、设计及施工具有一定的指导意义,并为相似类型的岩质高边坡的数值模拟提供了一些可供参考的计算分析方法。 【关键词】：岩质边坡 现场施工监测 弹塑性有限元 数值模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U418.5
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2005.110553
【目录】：

• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究的目的与意义10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 边坡研究的国内外现状10-15
• 1.2.2 加固技术的发展15-16
• 1.3 边坡工程研究存在的问题16-18
• 1.4 本文研究主要内容18
• 1.5 本文采用的技术路线18-20
• 第2章 研究区工程背景及监测情况20-31
• 2.1 地质情况20-21
• 2.1.1 地形地貌20
• 2.1.2 地质构造20-21
• 2.1.3 地层岩性21
• 2.1.4 水文地质特征21
• 2.2 加固措施21-24
• 2.2.1 加固措施21-22
• 2.2.2 对锚索与锚杆的要求22-23
• 2.2.3 施工进程23-24
• 2.3 现场监测24-31
• 2.3.1 监测设计和监测仪器24-25
• 2.3.2 监测仪器的布置25
• 2.3.3 监测结果25-31
• 第3章 边坡数值模拟的计算原理及方法31-47
• 3.1 有限单元法在岩土工程上的应用31-32
• 3.2 有限单元法基本原理32-35
• 3.3 边坡有限元本构模型的建立35-36
• 3.4 岩体力学形态模拟36-41
• 3.4.1 边坡岩体变形破坏判据36-39
• 3.4.2 边坡稳定性计算39-40
• 3.4.3 应变硬化规律40-41
• 3.4.4 加载卸载准则41
• 3.5 非线性方程计算解法41-43
• 3.5.1 牛顿—拉夫逊迭代法41-42
• 3.5.2 牛顿—拉夫逊迭代法收敛准则42-43
• 3.6 开挖有限元模拟43-44
• 3.6.1 开挖引起的释放荷载43-44
• 3.6.2 卸荷效应模拟44
• 3.7 分析软件44-47
• 3.7.1 ANSYS的概况45
• 3.7.2 ANSYS的分析步骤45-47
• 第4章 实例分析47-83
• 4.1 实体模型的建立47-51
• 4.1.1 计算范围的选取47-48
• 4.1.2 边界条件48
• 4.1.3 单元类型48-49
• 4.1.4 岩性划分49-50
• 4.1.5 DP材料及其计算准则50-51
• 4.2 施工过程模拟51-56
• 4.2.1 岩体开挖问题的模拟52-54
• 4.2.2 锚固效果处理54-56
• 4.3 施工数值模拟方案设计56-57
• 4.3.1 计算方案设计56
• 4.3.2 模拟计算点的选取56-57
• 4.3.3 变形和稳定性计算57
• 4.4 计算结果整理57-81
• 4.4.1 变形分析57-70
• 4.4.2 稳定性分析70-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第5章 结论83-86
• 5.1 成果与结论83-84
• 5.2 存在的不足和展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文92