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基于强度双倍系数法的邯郸粉质黏土综合系数法研究

来源 : 互联网
作者 : 118期刊网
发布时间 : 2019-03-08 01:36:05

第1章简介


1.1研究的背景和意义

随着社会经济的快速发展和科学技术的不断提高,许多工程项目与斜坡密切相关。因此,坡度不稳定造成的不稳定性,尤其是大型自然坡的不稳定性。严重的是,世界各地都有大量人员伤亡和财产损失。根据这些数据,2013年6月16日至18日,印度北部Okhand北部和北方邦发生暴雨,造成洪水和泥石流等次生灾害,造成至少822人死亡。 9月14日,墨西哥西南部格雷罗山上的一个村庄被暴雨引发的山体滑坡埋葬,至少有68人失踪[1]。 2014年5月2日,阿富汗东北部巴达赫尚省Abu Barik村发生山体滑坡。在过去的几天里,至少有2500人因大雨而失踪。埋葬了300所房屋,约占该地区房屋的三分之一[2]。从2015年6月10日晚到11日清晨,尼泊尔东北部的“山地国家”因大雨引发山体滑坡。当地6个村庄的数十栋房屋被毁。山体滑坡造成47人死亡,数十人受伤。 [3]。中国人民遭受了山体滑坡灾害。中华人民共和国国土资源部发布的“国家地质灾害公报”[4]显示,2014年发生地质灾害10,907起,造成349人死亡,51人失踪,218人受伤。直接经济损失54.1亿元,其中滑坡8128处,崩塌1872处,泥石流543处,地面沉降302处,地裂缝51处,地面补贴11处。滑坡在地质灾害总数中的比例高达74.5%。见图1-1。 2016年9月28日17时28分,浙江省遂昌县北街镇苏村发生山体滑坡。山体滑坡滑坡达40多万立方米,埋设房屋20户,17户。当房子进入水中时,27人失去联系[5]。 2016年10月10日中午12点左右,丽水市缙云县大园镇五峰村天坑自然村发生山体滑坡,造成2人死亡[6]。可以看出,斜坡的不稳定造成了重大人员伤亡和巨大的经济损失,成为地震灾害后的第二大地质灾害。因此,有效预防山体滑坡灾害是国民经济和民生的重要组成部分。

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1.2国内外研究现状

Zienkiewics [7](1975)首先提出了有限元强度折减法,它不需要预先假定坡面滑动面的形状和位置,也不需要划分,物理意义明确,也可以反映斜率。许多学者已经认识到逐渐破坏的过程。 Giam和Donald [8](1988)使用CRISS方法基于有限元软件进行计算和分析,并根据变形协调建立了运动允许速度场,并根据能量耗散相平衡原理确定了安全系数。斯隆等人。 [1988]将变分原理应用于边坡稳定性分析,并采用极值法求解边坡稳定性的上限解。研究上限原理是有帮助的。 Cundall [10](1989)提出了一种DEM方法(离线单位法),用于分析颗粒材料的性质,这是一种处理不连续,非均匀,各向异性和非线性的数值方法。 Duncan [11](1996)指出,当斜率处于临界不稳定状态时,斜率安全系数可定义为斜率初始剪切强度参数与剪切强度参数之比,即度数降低斜坡的抗剪强度Kim和Lee [12](1997)基于有限元计算结果随机选择斜坡初始滑动面,然后将初始滑动面划分为n个段。起点n可以很小以减小自由度,并且使用非线性单点定向运动。该方法需要找到滑动面,即每个滑动面与中点分离,分成2n个段,逐渐找到直到滑动面为光滑曲面,然后利用找到的滑动面求解最小值安全要素。道森等人。 [13](1999)采用强度折减法研究了网格厚度对边坡安全系数的影响。获得了由细网获得的安全系数,其接近于

极限分析的上限解。 A. Rahimi等。 [14](2010)分析了降雨雨水入渗土坡下土体强度参数对边坡稳定安全系数的敏感性,探讨了土体强度参数对边坡稳定性的影响。

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第二章有限元强度折减法原理


2.1安全系数的定义

有许多方法可以定义斜坡稳定性评估中常用的安全系数。许多学者有三种方法得到认可和应用[29] :( 1)基于强度储备的安全系数; (2)过载储备系数的安全性; (3)滑动力过载储备的安全系数。当土壤的滑动力增加FS3倍时,即土壤重量增加FS3倍,实际上,当土壤重量增加滑动力时,土壤的摩擦力也增加。因此,在实际工程中使用滑动力过载安全系数是不合适的。总之,不同安全系数的定义将导致斜率稳定安全系数的不同值。传统的强度折减计算方法采用强度储备安全系数的定义形式,得到了国内外学者的认可。这也与实际项目中斜坡的破坏一致。本文分析的有限元强度折减法是基于强度储备安全系数法。

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2.2有限元强度折减法的定义万方查重

20世纪70年代后期,英国科学家Zienkiewicz提出采用有限元法降低岩土强度的方法来计算岩土工程的安全系数。实质上,它是极限分析有限元方法。采用传统的强度折减法分析边坡破坏时,强度参数c和φ采用相同的安全系数,各自的安全储量相同。在强度降低方法中也使用相同的缩减因子。然而,当斜坡实际滑动时,滑动表面土壤的内聚力和内摩擦角的机制不同于对斜坡安全系数的贡献。因此,使用相同的传统缩减因子是不实际的。 。当斜坡滑动时,滑动表面土壤的内聚力和内摩擦角的机理存在差异,并且游隙的程度和顺序也不一致。当斜率滑动时,内聚力和内摩擦角将减弱,但减速的速度和程度不同,并且减小的顺序不同。因此,自身的安全储备也存在差异,即内聚力和内摩擦角的安全系数不相等,因此强度参数c和φ的减小也不同。

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第3章边坡稳定性因子的灵敏度分析.............. 17

3.1土壤液体塑料极限试验.......... 17

3.2土壤压实试验.............. 19

3.2.1测试目的........ 19

3.2.2测试程序........... 19

3.2.3测试注意事项........... 21

3.2.4结果计算........ 22

3.3土壤剪切试验.............. 24

3.4影响边坡稳定性因素的敏感性分析........... 28

3.5本章小结........... 33

第四章基于权重分析法的综合安全系数的验证和分析............ 35

4.1有限元MIDAS / GTS简介..... 35

4.2建立MIDAS / GTS二维边坡模型..... 35

4.4 SLIDE简介和计算结果分析............ 46

4.5坡高对强度双折减少的影响.................. 50

4.6坡角对强度双倍减少法的影响.................. 53

4.7示例分析........... 57

4.8本章概要........... 58


第四章基于权重分析的综合安全系数验证与分析


4.1有限元MIDAS / GTS简介

MIDAS软件是POSCO Korea为土木工程,机械和建筑开发的有限元分析软件[41-42]。 MIDAS / GTS是为分析斜坡和隧道等结构结构而开发的软件。 GTS是“岩土与隧道分析系统”[43-44]的缩写。 MIDAS / GTS拥有世界先进的视觉操作界面系统,可通过可视化操作界面系统在视觉和视觉上对几何模型进行建模。 MIDAS / GTS是一个完整的中国文化软件,用于许多实际项目,其数值模拟非常准确。有限元软件MIDAS / GTS用于建立斜率模型。在定义斜坡的材料属性时,这是必要的

不仅有土壤容重,剪切强度内聚力c和内摩擦角φ,还有泊松比? E等变形参数。郑英仁等[45]表明对斜坡塑性区的分布范围有影响。 α的值越小,斜率的塑性区域范围越大。但是,计算结果显示?对安全系数的计算影响不大。 E对斜坡的变形和位移有影响,但对稳定安全系数没有影响。可以看出,只需要通过经验选择E,即使选择不合适,也不会影响稳定分析的结果。因此,斜率参数选择体积密度= 20KN / m3,泊松比? = 0.3,弹性模量E = 1MPa。


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结论


采用传统的强度折减法分析边坡破坏时,强度参数c和φ均采用相同的安全系数,各自的安全储量相同。在强度降低方法中也使用相同的缩减因子。然而,当斜坡实际滑动时,内聚力和内摩擦角将减弱,但减速的速度和程度不同,减少的次数不一样,滑动表面土的内聚力和贡献内部摩擦角与斜率的安全系数是不同的。因此,斜率强度的双重约简方法更符合项目的实际情况。本文研究了邯郸地区新沉积的均质粉质粘土。对重塑的土壤样品进行了测试。对边坡稳定系数进行了敏感性分析。提出了基于权重分析方法的边坡综合安全系数。并与传统的强度折减法和最短路径法相比较,并进行了案例分析。通过对上述内容的研究,本文的主要结论是:

(1)当采用传统的强度折减法分析边坡破坏时,强度参数c和φ采用相同的安全系数,因此它们各自的安全储量相同,即相同的减少系数也是不准确的。强度降低法。

(2)内聚力c和内摩擦切线tanφ的边坡稳定性灵敏度分析,内聚力c对坡度的敏感性为0.02074,内摩擦角切线tanφ对坡度敏感。度数为1.5238,内摩擦角正切的灵敏度大于内聚力,即斜率安全系数改变相同的范围。内聚力比内摩擦角切线对斜坡的安全性和稳定性有更大的贡献。同时分析了边坡高度H和坡角β对边坡稳定性的敏感性分析。坡高H坡的稳定性为0.04118,坡角β对边坡稳定的敏感性为0.02048。也就是说,斜坡高度的灵敏度大于斜坡角度。

(3)基于强度双重约简系数法,提出了权重分析的综合安全系数,并与SLIDE中使用极限平衡法得到的结果进行了比较,稳定安全系数高于极限平衡得到的稳定安全系数。方法。但差别并不大。分析了坡高和坡角对最短路径法和权重分析法的影响。当坡高为15m,坡角为35°时,最短路径法和权重分析法优于传统的强度折减法。含水量范围最大。

(4)采用最短路径法和权重分析法得到边坡稳定性的综合安全系数,并将两种方法与传统的强度折减法进行比较,权重分析方法适用范围广,但仅适用于斜坡严重丢失。与传统的强度折减法相比,最短路径法的精度较小。它仅适用于未达到临界不稳定状态的斜坡。它已不再适用于已达到不稳定状态的斜坡。边坡含水率低时,分析边坡综合安全系数的最短路径法是显而易见的。

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