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软基地段斜坡高填路堤稳定性研究

作　者: 刘秀军
导　师: 贺建清；徐望国
学　校: 湖南科技大学
专　业: 土木工程
关键词: 软土地基斜坡高填方路堤稳定性分析数值模拟
分类号: U416.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

在山区修建高等级公路,不可避免地会遇到大量高填方路堤、斜坡地基路堤,有时也会遇到软土地基路堤。上述三种工况中,任何一种工况下的路堤都是极易发生破坏的,如果这三种工况集于一身,那么路堤破坏的可能性就不言而喻,因而及时精确地对路堤的破坏型式及其稳定性进行分析,进而采取相应的支护手段也变得尤为重要。本文以郴宁高速公路K183+440^K183+680段软基斜坡高填方路堤为依托工程,在收集前人研究资料和现场实地勘察、监测的基础上,对软基地段斜坡高填路堤破坏型式进行了分析。通过理论分析和数值模拟相结合的方法,对软基地段斜坡高填路堤稳定性进行了研究。本文所作的主要工作如下:（1）基于现有极限平衡法,利用经典土压力理论设定合理土条推力线范围,根据静力平衡及力矩平衡条件建立以条块界面安全系数F_v为变量的线性超定方程组。依据极大值原理及条块界面安全系数不小于条块安全系数的合理性条件:F_v≥F_s,推导出了基于最小二乘原理的边坡稳定性分析方法。（2）基于现有极限分析上限法,构建了边坡圆弧滑动径向条分破坏模式,解决了协调速度场难以建立的问题。采用塑性力学极限分析原理,结合强度储备安全系数定义法,推导出了均质土坡稳定性径向条分极限上限法。（3）依据监测数据及路堤断面设计型式分析了路堤破坏型式,在此基础上使用各种传统稳定性分析方法及本文改进法,对路堤各典型断面的稳定性进行分析。（4）根据依托工程地形地貌条件、地质结构特征,应用地质目标计算机辅助设计软件（GOCAD）建立了依托工程的三维地质模型,并采用FLAC^3D软件模拟分析了依托工程路堤分层填筑过程中在自重作用下的变形规律及稳定性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 软土地基路堤加固方法简介  12-13
    1.2.2 斜坡地基上填方路堤研究现状  13-14
    1.2.3 路堤沉降研究现状  14
    1.2.4 路堤边坡稳定性计算方法研究现状  14-16
  1.3 本文主要研究内容及技术路线  16-17
    1.3.1 主要研究内容  16
    1.3.2 技术路线  16-17
第二章边坡稳定性分析方法及其改进  17-55
  2.1 边坡稳定安全系数的定义  17-19
  2.2 极限平衡法综述  19-33
    2.2.1 非严格条分法  22-24
    2.2.2 严格条分法  24-27
    2.2.3 边坡安全系数统一求解格式  27-33
  2.3 极限平衡法的改进-最小二乘分析法  33-43
    2.3.1 安全系数的获取  34-35
    2.3.2 推力线位置的设定  35
    2.3.3 重力偏心矩的计算  35
    2.3.4 方程组的建立  35-40
    2.3.5 求解  40-41
    2.3.6 算例验证  41-43
  2.4 极限分析上限法综述  43-46
    2.4.1 速度场的定义  44
    2.4.2 Mohr-Coulomb 破坏准则  44-45
    2.4.3 极限分析上限法基本原理  45-46
  2.5 极限分析上限法的改进-径向条分上限法  46-53
    2.5.1 滑动破坏模式  46
    2.5.2 多块体破坏模式协调速度场的建立  46-48
    2.5.3 内部能量耗损率  48-49
    2.5.4 外功率  49
    2.5.5 求解  49-52
    2.5.6 算例验证  52-53
  2.6 本章小结  53-55
第三章软基地段斜坡高填路堤稳定性分析  55-69
  3.1 依托工程概况  55-57
    3.1.1 工程概况  55-56
    3.1.2 地层岩性  56-57
    3.1.3 水文地质条件  57
    3.1.4 地震及区域稳定性  57
  3.2 工程地质评价及设计方案  57-58
    3.2.1 地基岩土分层物理力学性质参数  57-58
    3.2.2 设计方案  58
  3.3 路基沉降与稳定监测  58-60
    3.3.1 沉降观测  59
    3.3.2 稳定观测  59-60
  3.4 软基地段斜坡高填路堤破坏型式分析  60-67
    3.4.1 斜坡地基上填方路堤破坏的主要型式  60-63
    3.4.2 斜坡地基上填方路堤破坏型式分析  63-67
  3.5 软基地段斜坡高填路堤稳定性计算  67
  3.6 本章小节  67-69
第四章软基地段斜坡高填路堤施工数值模拟  69-93
  4.1 建模  69-73
    4.1.1 GOCAD 软件简介  69-71
    4.1.2 模型建立及网格划分  71-73
  4.2 FLAC~(3D) 数值模拟  73-91
    4.2.1 FLAC~(3D) 基本原理  73-78
    4.2.2 计算参数的选取  78-79
    4.2.3 边界条件和初始条件  79
    4.2.4 路堤施工数值模拟  79-87
    4.2.5 数值模拟与现场监测对比  87-91
  4.3 本章小结  91-93
第五章结论及展望  93-97
  5.1 结论  93-95
  5.2 展望  95-97
参考文献  97-99
致谢  99-101
附录 A：攻读学位期间完成的论文及参加科研情况  101

软基地段斜坡高填路堤稳定性研究

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