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基于蠕变特性土质边坡稳定性的研究

作　者: 叶自钊
导　师: 于向东；闵涛
学　校: 中南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 高陡边坡弹塑性力学蠕变稳定性有限差分
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高陡土质边坡的稳定性问题一直是我国交通工程中的热点课题之一,其研究问题涉及高速铁路、高速公路、深大建筑基坑、库岸水坝、矿山开采等工程领域。随着国家西部大开发,中部崛起,扩大内需促经济建设发展等重要方针政策的实施,大型边坡工程建设项目处处皆是,因此该课题越来越受到广大科技工作者的重视。因此如何对边坡稳定性做出准确合理有效的安全评价,有着巨大的社会效应和经济效应。本文在已有土质边坡稳定性研究的基础上,综合利用土弹塑性力学、数值分析、蠕变力学、工程地质、边坡工程等多学科多专业知识,运用工程强大的非线性大型有限差分数值软件FLAC3D和内嵌的FISH二次开发语言,以及计算机高级程序语言VC++,进行程序计算来研究边坡的位移、塑性区分布、剪应变率和安全系数等关键量,来探讨边坡稳定性随时间变化的特点。本文以鹰潭-厦门铁路高陡路堑土质边坡为研究对象,按照资料收集—现场调查和实验—建立计算模型—程序设计—算例分析—位移监测的技术思路。在有限差分计算中,采用的是四面体网格,蠕变模型为适用性较强的三参量蠕变模型(H-K蠕变模型),运用最小二乘技术获得土的抗剪强度指标,粘聚力c和内摩擦角φ,通过Laplace积分变化获得蠕变参量,运用强度折减法获得安全系数,分析得出了垂直位移变化随时间的特征,即在初始阶段位移随时间变化很快,随着时间的延续变化减缓；高陡土质边坡的重点隐患是在边坡的坡脚和坡体的中下部区域。计算结果与实际调查相吻合,这对高陡路堑土质边坡的稳定性分析得出了一些可资应用的结论。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 边坡稳定性的研究意义  8-9
    1.1.1 边坡稳定性的研究背景  8-9
    1.1.2 边坡土体蠕变稳定性的研究意义  9
  1.2 边坡稳定性的研究现状  9-14
    1.2.1 边坡稳定性的影响因素  9-10
    1.2.2 土质边坡稳定性的研究方法  10-12
    1.2.3 国内边坡稳定性的研究现状  12-14
  1.3 主要内容与技术路线  14-15
第二章高陡土质边坡蠕变变形特性的研究  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 土体蠕变本构模型  15-20
    2.2.1 土质边坡的蠕变变形  15-16
    2.2.2 土体蠕变本构模型  16-20
  2.3 边坡土体蠕变模型的参数辨识  20-23
    2.3.1 蠕变参数  20-21
    2.3.2 蠕变模型参数的辨识  21-23
  2.4 小结  23-24
第三章蠕变作用下土质边坡稳定性的弹塑性计算  24-37
  3.1 引言  24
  3.2 弹塑性理论  24-30
    3.2.1 弹塑性本构关系曲线  24-25
    3.2.2 常用的塑性屈服准则  25-30
  3.3 有限差分的数值实现  30-36
    3.3.1 有限差分方法概述  30-32
    3.3.2 非线性有限差分法  32-34
    3.3.3 弹塑性FLAC3D数值实现  34-35
    3.3.4 有限差分强度折减法求解安全系数  35-36
  3.4 小结  36-37
第四章铁路高陡土质边坡的数值算例  37-53
  4.1 工程概况  37
  4.2 地质概况  37-42
    4.2.1 工程地质概况  37-42
    4.2.2 水文地质情况  42
    4.2.3 气候条件  42
  4.3 力学参数的工程处理  42-48
    4.3.1 土体试样的采集与加工  42
    4.3.2 土体力学参数的工程处理  42-43
    4.3.3 最小二乘法和图解法解粘聚力c和内摩擦角φ  43-45
    4.3.4 蠕变参数的辨识  45-48
  4.4 蠕变作用下FLAC3D在边坡稳定性中的实现  48-51
    4.4.1 计算范围  48
    4.4.2 计算模型  48-49
    4.4.3 蠕变作用下计算结果的分析  49-51
  4.5 小结  51-53
第五章结论和展望  53-55
  5.1 结论  53
  5.2 展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
攻读硕士学位期间主要的科研成果  60

基于蠕变特性土质边坡稳定性的研究

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