有限元极限平衡法在三维边坡中的应用研究

研究目的:在二维有限元极限平衡法基础上建立基于强度储备概念和主滑方向的三维有限元极限平衡法,明确其空间任意形状滑动体安全系数定义及其物理意义、安全系数与主滑方向的关系和可行性等关键问题.利用积分中值定理给出其空间任意形状滑动面的安全系数定义,表征空间滑面内局部安全系数和整体抗滑稳定安全系数的内在联系.研究结论:(1)有限元极限平衡法得到的稳定分析结果与刚体极限平衡法和有限元强度折减法保持一致,将该法应用于空间边坡稳定安全评价是可行的;(2)当计算坡体轴向长度较短时,滑坡体三维效应明显,三维稳定安全系数明显高于二维稳定安全系数;当坡体轴向长度较长时,三维稳定分析结果与二维稳定分析结果趋于一致.     

基于改进极限平衡法的非饱和边坡稳定分析

研究目的:极限平衡法是非饱和土边坡稳定分析最为常见的方法之一,但由于降雨入渗时边坡的渗流场是瞬态的,这导致很多工程在使用极限平衡法进行边坡稳定分析时常常使用了错误的有效应力及剪切强度。本文以合福铁路古田北站的非饱和土边坡为研究对象,在改进极限平衡法、室内试验及数值模拟的基础上进行降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响规律研究。研究结论:(1)降雨量、降雨频率、降雨时间与非饱和土边坡的瞬态渗流场、有效应力场及边坡稳定安全系数密切相关;(2)通过计算确定古田北站非饱和土边坡失稳发生在5月份,这与边坡实际失稳的时间吻合;计算确定的边坡滑移位置与边坡实际滑移位置也相同;(3)数值分析结果表明,采用改进的极限平衡法来预测非饱和土边坡的稳定性是有效的,可以作为施工方案的依据。     

隧道结构采用极限状态法设计探讨与建议

研究目的:房建、桥梁等结构已经采用了概率极限状态法进行设计,且编制了相应可靠度规范。隧道结构由于统计特征的离散性、计算模型的多样性以及荷载分配的不确定性,设计以类比为主。目前隧道行业正推广采用极限状态法,但根据隧道结构特点,推广方式和方法值得探讨。研究结论:(1)采用极限状态法是设计趋势,但目前隧道设计以类比为主,计算为辅,隧道设计统计特征离散,计算模型多样,初支和二衬荷载分配不确定,因此初期只能形式上进行极限状态法转轨;(2)建议优先在荷载离散性相对较小的明洞和浅埋隧道中推广采用极限状态法设计;(3)应大力推广隧道受力监测,通过数据积累获取统计特征,为隧道设计全面采用极限状态法打下基础;(4)本研究成果可为极限状态法在隧道结构设计领域的推广应用提供参考。     

基于熵权决策法的边坡稳定性计算方法优选研究

以某个边坡工程为研究对象,采用7种常见的极限平衡法计算其安全系数(考虑了坡体加固和不加固两种情况)。基于不同方案的计算结果,采用熵权决策法对各种极限平衡法计算的安全系数进行系统对比,进而给出合理的计算方法。结果表明,斯宾塞法、摩根斯坦法和罗厄法的贴近度值明显小于其它四种方法,可认为该三种方法的精度要明显优于其它四种方法。因此,在进行边坡稳定性评价时,建议优先采用此三种方法。     

基于极限状态法的桩板式挡土墙设计研究

研究目的:桩板式挡土墙是常用的支挡结构,桩板式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计下,该结构的安全度并给出锚固段极限状态设计表达式。本文通过对桩板式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为桩板式挡土墙极限状态设计提供参考。研究结论:(1)桩板式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)路肩式桩板墙可靠指标分析表明,可靠指标满足或接近公众需求;(3)桩板墙可参照现行《铁路路基支挡结构设计规范》进行设计,但高边坡路堤和路堑墙应采用较大的荷载分项系数,同时设计中应注意采取减小边坡土压力的措施;(4)提出了路肩式桩板墙锚固段计算的设计表达式及分项系数建议取值;(5)该研究结论可供路肩式桩板墙设计参考。     

基于极限状态法的悬臂式挡土墙设计研究

研究目的:悬臂式挡土墙是国内外常用的支挡结构,悬臂式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计该墙型的安全度并给出外部稳定性检算的极限状态设计表达式。本文通过对悬臂式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为该类支挡结构的极限状态设计方法研究提供思路,为规范的修编提供依据,为土压力的进一步研究提供参考。研究结论:(1)悬臂式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)悬臂式挡土墙抗滑、抗倾覆和基底应力及构件强度等可靠指标分析表明,悬臂式挡土墙整体抗滑和构件裂缝控制设计;(3)悬臂式挡土墙抗动验算可采用本文推荐的设计表达式进行设计;(4)对于悬臂式挡土墙悬臂板的结构设计,分项系数应根据土压力计算进行调整;(5)该研究结论可供悬臂式挡土墙设计参考。     

曲线盾构隧道开挖面被动极限支护力分析

研究目的:曲线盾构隧道在掘进过程中,开挖面受力极其复杂,稳定性难以控制,容易因千斤顶推力过大而造成前方土体的隆起现象。本文以砂土地层为例,基于筒仓理论和极限平衡法,建立曲线盾构隧道开挖面在前方土体被动破坏条件下的"倒梯台-楔形棱柱体"分析模型,提出开挖面被动破坏极限支护力计算方法,然后通过编程试算和数值模拟验证本文所述模型及计算方法的可靠性与准确性。研究结论:(1)被动极限支护力随埋深和内摩擦角的增加而增大,且增长速率逐渐加快;(2)当线路曲率半径小于200 m且土体内摩擦角大于25'时,被动极限支护力对线路曲率半径非常敏感,当线路曲率半径大于800 m时被动极限支护力与直线隧道几无差别;(3)数值模拟结果显示,数值解与理论解变化趋势一致且相差较小;(4)本研究结果可为类似曲线盾构隧道,尤其是小转弯半径盾构隧道开挖面被动极限支护力的确定提供理论基础。     

多级悬臂式挡土墙设计计算方法探讨

研究目的:为探讨多级悬臂式挡土墙工程设计问题,采用数值模拟与极限平衡理论分析方法,得出包括边坡整体稳定性与各级墙体局部稳定性两个方面的多级悬臂式挡土墙的设计计算方法。研究结论:(1)边坡整体失稳破坏模式为近似圆弧滑动模式,可采用圆弧滑动条分法分析边坡整体稳定性;(2)坡体中竖向压应力向下传递过程中,各级挡墙墙顶面位置的压应力呈多段折线型分布模式,可在此基础上采用库仑土压力理论计算各级悬臂式挡墙上的主动土压力,进而计算各级墙体的抗滑与抗倾稳定性、地基承载力和墙身强度;(3)给出了多级悬臂式挡土墙的主要设计计算步骤;(4)所建立的设计计算方法可为多级悬臂式挡墙的工程设计提供参考。     

隧道锚杆锚固质量无损检测误差控制技术研究

研究目的:隧道锚杆施工具有隐蔽性强和不易检测的特点,以往采用拉拔试验的检测方法对隧道结构支护体系具有破坏性且不适用于大批量检测,因此有必要采用无损检测技术对锚杆的锚固质量进行检测。而现有的无损检测技术精度受多种因素影响,导致检测精度参差不齐,影响检测结果。为了在不破坏既有支护体系的前提下批量检测锚杆锚固质量,有必要对锚杆无损检测误差控制技术进行研究。研究结论:(1)激振信号质量、振动信号提取能力以及计算波速精度对锚杆锚固质量无损检测精度有重要影响;(2)通过控制激振频率、力度以及激振方位,可有效提高激振信号质量;(3)改良传感器与锚杆的连接方式以及灵活选取传感器位置对增强振动信号的拾取能力有明显作用;(4)鉴于标定法确定计算波速的缺点,提出了预设法确定计算波速,通过综合采用标定法和预设法可有效提高计算波速精度;(5)本研究成果可为隧道锚杆锚固质量无损检测技术的改进提供思路和方法。     

大型圆形贮液池力学分析中的微分求积法

针对传统的大型圆形贮液池力学分析方法计算复杂、精度不高的问题,运用微分求积法对圆形贮液的线弹性静力问题进行了研究。通过由微分求积法得到的位移函数的各阶导数的线性关系,直接求得池壁中的内力,避免传统方法中大量的内力重分析带来的计算精度和计算效率的降低。分析了基于静力平衡方程的池壁中内力之间的关系,并由线弹性关系得到内力与位移的关系,进而运用微分求积法建立了求解节点位移的离散代数方程组。实例求解证明,运用该方法求解圆形贮液池的线弹性静力问题可以提高精度,减少计算量。