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[硕士论文] 邵伟峰
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对库岸边坡及岩石在库水位大幅涨落下的岩石流变问题,以重庆地区库岸边坡红砂岩为研究对象,考虑库区岩石常遇的库水位大幅涨落,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,进行红砂岩的瞬时力学及库水位大幅涨落下的蠕变特性试验研究,基于试验结果,建立考虑变动库水压力的非线性黏弹塑性蠕变模型。利用颗粒流离散元软件PFC3D,开展相应数值模拟工作,主要研究内容及成果如下:
  (1)通过常规压缩试验,分析了不同含水状态(天然、饱和)、不同围压下红砂岩的变形、强度等特征,得到试样的黏聚力与内摩擦角,研究了不同含水状态对试样峰值强度、弹性模量等的影响,揭示了破裂角与围压的关系。
  (2)进行了不同含水状态(天然、饱和)、不同围压及变动库水压力下的蠕变试验,基于试验结果,研究了不同围压、不同应力水平、不同含水状态对红砂岩蠕变变形特性、蠕变速率的影响。对比饱和试样,分析了变动库水压力下红砂岩的瞬时应变、蠕变量、蠕变速率等变化规律,探讨了变动库水压力对蠕变的影响。
  (3)通过研究不同条件下蠕变黏弹性阶段的特征,寻找了变形模量随变动库水压力和时间的非线性表达方程,将此方程引入Kelvin模型,得到改进的非线性广义Kelvin模型;利用指数函数对加速蠕变阶段进行拟合,得到非线性蠕变方程和满足黏滞系数随变动库水压力和时间变化的非线性黏性元件,将此元件引入Bingham模型,得到通过应力触发的非线性Bingham黏塑性模型。将非线性广义Kelvin模型和非线性Bingham模型串联,建立了描述变动库水压力下的红砂岩非线性黏弹塑性蠕变模型。推导了三维本构方程和蠕变方程,并利用Origin进行非线性拟合,效果理想。
  (4)基于三维颗粒流理论,利用颗粒流离散元软件PFC3D,建立了红砂岩细观结构模型,根据室内试验结果及细观力学参数辨识方法,确定了红砂岩常规和蠕变试验的细观力学参数,构建了红砂岩细观力学数值模型。
  (5)基于红砂岩细观力学数值模型,开展了瞬时力学和蠕变力学数值模拟。对比室内试验,分析了变形特征、黏聚力、内摩擦角、起裂强度等方面,探究了红砂岩微观层面的变形破裂演化过程及不同状态下的裂缝分布孕育规律。根据室内试验蠕变-时间曲线,给出了各时间节点红砂岩微观变形破裂演化规律,得到不同变动库水压力下红砂岩加速蠕变特征及破坏时间变化规律,结果表明,不同库水压力下红砂岩加速蠕变破坏时间呈幂指数式下降趋势。
[硕士论文] 张旭晨
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:位于四川盆地的川东地区广泛分布着灰岩,后期由于地壳抬升、河流下切强烈,地势差异明显,形成陡高边坡即陡崖。该地区陡崖上发育大量的危岩,易形成崩塌,是库区常见的的地质灾害,严重影响人民的生命和财产安全,本文对三峡库区灰岩地区陡高边坡演化机制的研究有助于推动防灾减灾学科与地貌学科的发展,同时对灰岩地区陡崖的防治具有重要的指导意义。本文以三峡库区巫峡望霞陡崖演化为例,运用地貌学、断裂力学分析了该地区陡高边坡的地貌演化过程和演化力学机制,并用FLAC3D软件对巫峡望霞二级陡崖形成、演化及陡崖上的危岩形成演化过程进行数值模拟,可得到如下几个成果:
  (1)望霞陡崖地貌具有阶梯状层状地貌特征,存在两级显著的夷平面,两级陡崖短期内局部后退,较长时间尺度表现为两级陡崖平行后退,新构造运动、长江水系归并重组的过程中对川东的地貌进行了明显的改造,庞大的长江水系的侵蚀作用对川东地区的地貌的发展产生了巨大的影响。向源侵蚀使长江水系归并,下蚀作用切露陡崖不同的岩层,在外力地质作用下加剧陡崖边坡的演化。
  (2)由软、硬岩性组合的的两级陡崖上发育了大量的危岩,由于多因素影响,侧向卸荷、软、硬岩组合及外力地质作用使望霞陡崖上危岩体形成具有三种典型结构面,即水平状原生结构面、顶部坡肩卸荷拉裂面、底部软、硬岩界面的拉裂面,使危岩体具有类砌体结构面特征,其破坏具有塔状压裂座溃破坏、板状倾倒式破坏及塑流-拉裂破坏三种典型破坏模式。
  (3)通过断裂力学基本理论分析了三峡库区灰岩地区危岩断裂破坏的力学机制,提出了危岩稳定性断裂力学判定方法,并以巫山县望霞危岩为例进行了算例分析,认为该判定方法较符合实际。
  (4)采用FLAC3D软件模拟了望霞第二级陡崖的演化过程和望霞危岩体在风化、分步开挖、地下水等3个条件下的变形演化过程,河流下切使陡高边坡侧向卸荷应力重分布,河流下切过程中,河谷边坡临空面周围出现应力分异,主应力迹线在临空面周围有明显偏转,离临空面越近,最大主应力越与其平行,最小主应力则与其正交,开挖过程中临空面周围发生卸荷回弹,回弹量表现为越靠近坡脚值越大,最大值为28mm。望霞危岩变形加剧最重要的原因是开挖作用,同时受到暴雨影响加剧了其失稳破坏。得到的最大位移是0.72622m,最小主应力的最大值由初始的9.3585MPa变为14.898MPa,最大主应力的最大值由初始的3.5095MPa变为4.1306MPa。
  (5)通过模拟分析望霞第二级陡崖和危岩体的形成演化过程,可得到望霞陡高边坡演化过程大致如下:地壳抬升,河流下切地层,望霞陡高边坡侧向卸荷,陡崖形成,侧向卸荷导致边坡应力重分布,呈现坡肩拉应力集中,形成大量陡倾卸荷裂隙结构面,在外力地质作用如风化、地下水及煤矿开挖作用下会加剧裂隙扩张,软弱基座岩体应力集中,在上覆硬岩重压作用下发生向临空面方向的塑流挤出,坡脚岩体垮落,导致上部硬岩座落,发生塑流—拉裂破坏。
[硕士论文] 杨沛霖
土木工程;防灾减灾工程及防护工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:近半个世纪以来,我国陆续建成近五十个百万kW级水电站,保证我国水电事业年平均增长12%。水利工程建设过程中出现了一系列岸坡稳定及坝址区高边坡问题,诸如:李家峡水库坝区高边坡、三峡船闸高边坡、小湾水电站高边坡、锦屏一级水电站高边坡、拉西瓦水电站高边坡、紫坪铺水电站高边坡等,这些库岸和高边坡稳定与防护即有相似性又有差异性。
  本研究主要内容包括:⑴金佛山水利工程是以灌溉供水为主,结合发电等综合利用的大型水利工程。在建金佛山水利工程,河谷左岸将形成高达130m的开挖边坡。边坡受岩性和切割高差影响,卸荷作用存在差异。由于没有充分查明岸坡地质结构与卸荷带发育特征,对岸坡变形破坏机理与模式判别不准,对岸坡稳定性影响因素分析不明,导致该岸坡原防护工程设计失效。2015年6月13日,金佛山水利工程左岸边坡发生崩塌,崩塌方量约4×106 m3。造成作业面内1人受伤、4人失踪、机械设备被毁的重大安全事件。金佛山水利工程边坡高度大、坡度大、开挖方量大、卸荷裂隙发育,为提出有效的边坡防护方案,保证边坡的稳定与施工环境的安全,对边坡防护治理工程提供理论支撑,需开展重庆金佛山水利工程左岸岩质高陡边坡防护研究,研究成果对同类工程治理方案设计也具有参考价值。⑵通过多次野外现场勘测,研究已有地勘成果资料,查明了坝址左岸地质结构特征,揭示了侵蚀卸荷作用和人工卸荷作用发育规律。根据失稳机制,将上部坡残积层边坡破坏模式划分为圆弧-折线型滑动;上段页岩边坡失稳模式呈现为滑移崩塌失稳;左岸高边坡整体呈现塑流-拉裂型破坏。运用理正岩土6.5计算软件,验算可知,上部残坡积层边坡,暴雨工况下整体基本稳定,局部欠稳定。失稳区页岩边坡天然工况下稳定;暴雨工况下,后缘裂隙充水,整体基本稳定,局部处于欠稳定状态。⑶运用数值分析软件,分别模拟不考虑裂隙存在和考虑裂隙存在两种条件,揭示了卸荷裂隙发育位置出现应力集中现象,其中卸荷临空方向位移增量较大。基于不同工况下塑性区云图以及剪应力云图的发展规律,印证了失稳模式的判定。运用有限元强度折减法模拟了金佛山水利工程左岸高边坡在开挖加固的施工过程中的位移和安全性等,分层开挖及锚固后的监测点位移量得到有效地控制,施工过程的安全性均满足要求,边坡现状整体稳定。⑷基于“坡残积层缓坡开挖弱支护,岩质陡坡开挖强支护”的理念,对防护方案进行方法、可行性与适用性论证。上部坡残积层宜采用“格构放坡+植草+截排水+泄水孔+护脚墙”防护方案,下部粉砂岩边坡宜采用“挂网锚喷+深部泄水孔+裂隙充填+局部钢管桩”防护方案。
[硕士论文] 刘亚威
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:为克服内河码头建设中大水位差对施工的影响,钢护筒-钢筋混凝土结构桩基已经广泛应用于内河高桩码头工程实践。本文结合交通运输部建设科技项目“在役高桩码头结构整体安全性评估技术”,依托重庆果园港码头结构二期工程,通过室内模型试验及理论分析的方法,对大直径钢护筒-钢筋混凝土桩的承载性能及长期工作性能进行研究,主要的研究内容及相关的研究结论为:
  (1)结合果园港码头二期工程,完成了模型设计。开展了6组不同参数的模型桩基的承载力试验研究。研究发现:对于D/δ≥20薄壁钢护筒-钢筋混凝土桩基,在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒与内部钢筋混凝土的纵向应变大小基本相同,此时钢护筒对内部钢筋混凝土的约束作用并不明显,而在应力水平高于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒将对钢筋混凝土施加侧向约束作用。此侧向约束作用可延缓微裂缝的开展,从而增强桩基的延性及极限承载能力;钢护筒对核心混凝土的侧向约束作用随钢护筒厚度的增加而增大;
  (2)对不同钢护筒厚度下的钢护筒-钢筋混凝土模型桩基的横向纯弯构件性能进行研究。研究发现:对于长细比L/D小于8的模型桩,在三分点加载方式下,相比于钢筋混凝土模型桩基,钢护筒的存在可有效增大破坏时的跨中挠度,避免脆性破坏;同时,钢护筒的存在可极大提高此类构件的极限弯矩。
  (3)对钢护筒-钢筋混凝土模型桩基在长期荷载作用下核心混凝土徐变规律进行了研究,主要变量参数为钢护筒厚度。并将试验结果与混凝土徐变理论模型计算结果比较,研究发现:在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒-钢筋混凝土构件核心混凝土的徐变规律与混凝土结构徐变规律相同,均是前期发展较快而后期发展逐渐缓慢;钢护筒-钢筋混凝土桩的徐变值及徐变系数均小于同龄期时理论计算值且钢护筒厚度越大,同龄期下混凝土的徐变值越小;
  (4)与混凝土典型徐变模型的比较发现,在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,采用混凝土徐变的MC90模型计算的结果与试验结果偏差相对较小。同时,用有限元软件LINK3D对长期性能进行数值模,结果与试验结果较为吻合。
[硕士论文] 刘辉
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:本文结合长江鱼洞段河岸整治工程,采用新的理论计算方法—样条有限点法分析加筋土挡墙的变形,对影响加筋土挡墙变形的挡墙高度、筋带特性、筋带分布、加筋体填料内摩擦角和弹性模量、后方填料内摩擦角等因素分别进行了分析,并与有限元计算结果进行对比,探讨加筋土挡墙的变形计算方法。
  本研究主要内容包括:⑴分别将加筋土挡墙简化为弹性地基板和悬臂梁两种模型,利用样条有限点法对这两种简化模型进行理论计算分析,结果表明:样条有限点法计算结果与有限元计算结果比较接近。⑵根据对加筋填料和挡墙高度对加筋土挡墙侧向变形的影响分析,可知加筋填料的内摩擦角及弹性模量对挡墙水平侧向变形有较大影响,内摩擦角和弹性模量增大均能减小挡墙的变形;同样,后方填料内摩擦角增大也能减小挡墙的侧向变形。同等条件下,加筋土挡墙越高,其侧向变形越大;对高度较大的加筋土挡墙采用台阶式将有效减少挡墙的变形。⑶筋带特性及筋带分布对挡墙侧向变形也有很大影响,计算结果表明:一定范围内,加筋带弹性模量的增加能够有效减小挡墙的水平侧向变形;筋带横向长度的增加也能减小侧向变形,但筋带超过一定长度后其作用明显减弱;减小筋带的竖向布置间距也可减少挡墙的侧向变形,但过小的间距形成“超筋土”后,作用也明显降低。⑷采用灰关联法分析影响加筋土挡墙侧向变形的各因素敏感性,可知挡墙高度对加筋土挡墙侧向变形的影响最大,其余依次为筋带竖向布置间距、墙后填料内摩擦角、加筋体填料内摩擦角、加筋体填料弹性模量、筋带横向长度以及筋带弹性模量等。⑸依据样条有限点法的计算结果,采用多因素分析法,获得了加筋土挡墙侧向变形的简化计算公式。
[硕士论文] 谭文波
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:三峡成库蓄水后,库岸挡墙受水位变动影响,墙后土体强度降低,影响其稳定性,出现了较多病害库岸挡墙。板桩结构是常见加固病害挡墙的结构形式,但已有研究更多集中在板桩结构加固病害挡墙的优化方式以及加固之后病害挡墙抵抗变形的效果,较少考虑板桩结构在加固施工过程中对原病害库岸挡墙产生的影响。施工中产生的冲击荷载给周围建筑物带来破坏的例子屡见不鲜,冲击荷载对建筑物的稳定性影响成为日益重视的问题。
  本文在前人研究的基础上,借助PLAXIS有限元软件分析了5种施工工况下挡墙前方冲孔施工对挡墙的稳定性影响,并对多桩同时施工条件下间距选择对挡墙稳定性影响进行了分析。本文主要工作及取得的成果如下:
  ①对被冲击土体的本构模型和冲击荷载峰值计算公式进行讨论分析,确定本文采用的土体本构模型和冲击荷载计算方法。
  ②在未破坏前,挡墙抵抗变形的能力随着锤击次数的增加而提高;随着水位的升高,挡墙位移值有先增大后减小的趋势。同时,冲击力峰值和冲击频率的变化也会影响挡墙的位移值。
  ③锤击表面土层时对挡墙变形值影响最大,而后随着锤击深度的增加,这种变形影响程度出现大幅度的减小,施工中建议先小冲击能冲孔施工,并重点监测开始冲孔时挡墙的位移变化。随着钢护筒嵌入深度的增加,锤击产生的冲击荷载对挡墙影响越小,其中在钢护筒嵌入风化层时变位值有较大幅度的减小,建议施工中至少使钢护筒嵌入风化层以下,最好直接嵌入中风化层后再冲孔施工。
  ④多桩同步施工会较大的增加挡墙位移变形值,施工间距越大,对挡墙的稳定性影响越小,当施工间距增加到8D时(D为桩直径),即跳3根桩施工,再加大施工间距减小挡墙位移值的效果较弱,故实际施工建议施工间距为8D。同时在施工中需要重点监控由于多桩同步施工挡墙的变形量。
[硕士论文] 刘楠楠
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:由边坡失稳造成的灾害已成为全球性地质灾害,给世界各国造成的经济损失每年可达数十亿美元。水利工程边坡一般为天然边坡,岩土体性质具有非均质性。非均质会影响利用传统方法得到的边坡稳定性分析及失稳风险评估结果。与传统的边坡施工风险源(如施工方法、人员素质等)不同,岩土体非均质特性及参数的空间变异性等对边坡失稳风险的影响未受到足够的重视。为了提高水利工程高边坡失稳风险评估的精确度,本文依托重庆市科委基础科学与前沿重点项目“三峡库区典型节理化岩质高边坡的灾变机理及稳定性动态评价方法”(cstc2015jcyjBX0039),开展非均质边坡的稳定性研究。
  本研究主要内容包括:⑴分析了边坡岩土体参数不确定性和空间变异性的来源,研究了如何利用参数分布函数、自相关性和互相关性等生成参数随机场,提出了基于蒙特卡洛模拟的边坡失稳概率统计方法。以一维无限长坡为例,探索了强度参数随机性对边坡安全系数统计规律的影响。结果表明一维无限长坡失稳概率与参数方差、均值、相关尺度、互相关系数等有关。非均质边坡的潜在滑动面不一定是基岩面,滑动面位置出现的频次随深度的增加而增加。⑵阐述了边坡稳定性二维分析的强度折减法原理,利用提出的随机场生成方法,分析了不同随机参数场条件下的边坡稳定性,揭示了边坡失稳的统计规律与参数相关尺度、方差、各向异性等的关系,提出了考虑失稳概率的边坡风险等级划分方法,阐述了基于边坡风险等级的风险管理措施。研究结果表明参数的空间变异性对边坡系数和失稳潜在滑面位置等都有影响,且参数自相关性越高,边坡失稳概率也越高;相同条件下,水平成层状岩土体边坡发生失稳破坏的风险较竖直向成层岩土体边坡失稳风险高。⑶采用极限平衡法与强度折减法研究了高陡岩石边坡在确定性参数条件下的稳定性,计算并对比了不同工况条件下的安全系数。研究结果表明参数不确定性会造成边坡安全系数的离散和边坡潜在滑动面的分布。参数非均质的描述精度会影响边坡稳定性分析结果的精确性,从而影响边坡稳定的判断。在给定的参数空间变异条件下,本工程边坡的失稳风险较高,应该在边坡开挖、施工以及后期的运营管理过程中做好相关的防护工作。
[硕士论文] 路晓婷
水工结构工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,在深厚覆盖层上建坝已经相当普遍。就渗流方面而言,由于深厚覆盖层结构比较松散,渗透系数比较大,导致深厚覆盖层成为整个大坝工程的主要渗流途径,针对这种情况,大量学者对深厚覆盖层内防渗结构的布置做了研究。目前应用较多的防渗结构是混凝土防渗墙,且根据实际工程需要,已出现多种组合形式,其中应用较广泛的防渗形式为两道防渗墙,主要应用在高土石坝的深厚覆盖层上。本文通过Midas GTS软件,研究了瀑布沟心墙坝主、副防渗墙间距分别为10m、12m、14m、16m、18m时大坝的渗流和应力分布情况,通过分析比较5种工况的水头值、水平向位移值、竖直向位移值和竖向应力值得出以下几点结论:
  (1)心墙及其下部的墙幕结构对于整个大坝的防渗发挥了重要作用,二向渗流和三向渗流的计算结果显示,前者的防渗效果优于后者,但是后者更接近实际;
  (2)坝基和坝体内水头的削减主要发生在防渗结构附近,保持主防渗墙在坝轴线处不动,随着副防渗墙与主防渗墙间距的逐渐增大,坝基和坝体内水头均逐渐减小;
  (3)坝体的最大水平向位移出现在上、下游两侧结构,由于心墙拱效应的存在,使得心墙底部上、下游两侧出现水平位移,上游防渗墙向上游的移动对坝体水平向位移影响较小;
  (4)坝体的最大竖直向位移出现在约1/3坝高处的心墙内,两道防渗墙间距的变化对坝顶的沉降影响较小,在心墙底和两防渗墙间的覆盖层内,随着两墙间距的增大,沉降量也有所增加;
  (5)对于坝体的竖直向应力,因心墙处拱效应的存在,在同一高程处,心墙处的值要比两侧结构的值小,心墙区没有拉应力的产生,不会出现水平裂缝,防渗墙间距的变化对于坝顶和坝体上、下游两侧结构的竖向应力影响很小;
  (6)在高塑性黏土区,随着防渗墙间距的增大,应力呈先逐步减小而后逐渐增大的趋势,其中间距14m时防渗墙和廊道周围应力值最小。
[硕士论文] 李苏航
水利水电工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:混凝土面板堆石坝通常不做坝体渗透稳定计算,由于本工程坝高属于一级面板堆石坝,坝体覆盖层厚度较大,坝址的地理气候恶劣,这些都将会使混凝土面板处于不利状态,为了给设计和施工提供可靠的依据,确保大坝坝体合理布置和工程安全,有必要进行模拟渗流分析计算,分析坝体的渗流特点。本文将以坝体为主要研究对象,进行渗流计算,主要分析坝体等势面、压力水头、孔隙水压力、浸润线和浸润面等渗流要素分布情况。验证坝体各料区及坝基覆盖层的渗透稳定性,论证面板堆石坝的可靠性和安全性,为同类坝的设计提供参考。
  本文从渗流的基本理论出发,分析了三维渗流计算时的随机变分原理和随机有限元列式,阐述了有限元法求解渗流问题的原理及步骤,通过有限单元法分析渗流的基本原理和一般计算步骤,根据渗流场特性,利用Midas/GTS,对面板堆石坝的渗流问题进行二维、三维求解,利用其特有的渗流求解单元来确定坝体内渗流水头位置及坝体内各点的水压力,其结果直观、精确并以彩色云图或列表形式给出。在稳定即正常蓄水状态下,上游坝面混凝土面板的挡水能力较好,正常状态的求解是非稳定渗流计算的初始条件。通过对面板坝非稳定渗流的定性分析,当上游水位以每天一米的速度下降时,研究了大坝水位下落五天时的水头和水压力,同时给出水位下落稳定后两天内的水头和水压力,可以看出,在坝体内总水位变化的位置仅发生在上游坝体区域,降水五天内随着上游水位的下降,坝体水头也相应下降,五天以后水位下降趋于稳定,水头基本保持不变。当上游水位越低时,坝体内孔隙水压力为零的溢流面也随着水位的降低而降低,并且随着时间的增长上游坝体内的渗流更加稳定,渗流影响区域变大,孔隙水压力区域也伴随渗流区域的扩大而变大。当上游降水稳定时,坝体内水位渗流变化不明显,因而孔隙水压力变化也不明显。
  实例求解结果表明利用Midas/GTS对面板堆石坝的渗流分析具有可行性,这为我们以后在面板堆石坝的坝体渗流分析和研究提供了新的研究思路和方法,具有一定的参考价值。
[硕士论文] 代浩
土木工程;岩土工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:钢管桩基础广泛应用于跨海桥梁、港湾码头和海洋风电基础设计中,在近岸、深海恶劣环境下,钢管桩基础承受较大的风、浪、流等水平动力荷载,其动力稳定性是确保结构安全的关键;同时,波流荷载作用下,基础周围土体的冲刷对动力特性也会产生影响,冲刷对结构的长期动力稳定性提出了更高的要求,考虑不当会导致体系的动力破坏。因此,研究钢管桩在冲刷作用下的动力特性具有重要的现实意义。
  本文依托国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(No.2013CB036304)和交通运输部应用基础研究项目(No.2013319759060),以江苏滨海北区H1#100MW海上风电场为工程背景,采用理论分析、模型试验和数值模拟等研究手段,开展了波流作用下、不同冲刷深度下钢管桩基础的动力特性变化规律及动力响应的研究,主要内容和成果如下:
  介绍了冲刷计算的两大相关理论:冲刷理论和波浪理论。在相关理论的基础上,结合滨海北区H1#海上风电场项目的相关水文、地质资料,利用MATLAB计算、比较了极端工况下的波浪荷载和局部冲刷深度区间,选取了方便有效的Airy波理论计算钢管桩所承受的波浪力。
  结合桩基础振动反应方程,在传统土体水平抗力的p-y曲线上,提出了一种考虑局部冲刷坑尺寸效应的修正p-y曲线,能较好的模拟冲刷后楔形土体的水平抗力,基于等效冲刷深度概念,提出了冲坑存在下的桩基动力响应的简化分析方法,建立频率计算数值模型,拟合了爱尔兰都柏林市的钢管桩动力原位测试,结果表明:(1)修正p-y曲线的等效冲刷深度计算法方便、有效;(2)将土体冲刷模拟为土体弹簧的缺失、总体刚度矩阵的减小方法可行。
  围绕冲刷作用、动力特性,设计了两种钢管桩基础模型试验:波浪水槽模型试验和钢管桩动力特性模型试验。波浪水槽试验考虑了三种冲刷条件:无冲刷、15cm冲刷和30cm冲刷,考虑了三种水深条件:25cm水深、35cm水深和45cm水深,利用ABAQUS有限元软件进行等比例模拟,结果表明:随着冲刷深度的增加,钢管桩模拟频率逐渐降低,分别为3.74HZ、2.5HZ和1.8HZ,略高于实侧基频值3.26HZ,1.95HZ和1.17HZ,桩顶最大加速度和桩顶最大位移增加;水深增加时,波浪力增加,动力响应增强,但增加幅度不大;采用等效冲刷深度计算,结构响应值介于整体冲刷和局部冲刷之间,更贴合实际工况。
  动力特性试验主要研究了钢管桩基础在强迫振动下的动力参数,现场水平振动考虑三种冲刷深度:0.5D、1D和1.5D。振动结果表明:无冲刷下,水平振动第一振型共振频率为14.5HZ,竖向振动第一振型共振频率为29HZ,数值为水平振动基频的两倍;随着冲刷深度的增加,钢管桩抗剪刚度、抗剪刚度系数和阻尼比均有所降低,且浅层土相比深层土对于水平刚度的贡献率更大。
  利用ABAQUS建立海洋风机全模型,给出了动力控制设计相关理论,采用Tempel简化公式及Block Lanzcos法对整机系统进行模态分析,最后进行整体冲刷、等效整体冲刷下波浪荷载作用下的动力响应,分析结果表明,冲刷深度增加,体系的自振频率降低,设计中需注意实际冲刷深度,以免发生共振破坏,采用等效整体冲深计算有利于降低富余度,提高经济效益,相关结果对工程设计有一定的参考意义。
[硕士论文] 张安琪
农业工程;农业水土工程 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:天然土质河岸受到长年累月冲刷导致的崩岸问题屡见不鲜,河岸边坡冲刷破坏一直是工程界和科研工作者关心的问题之一。在黑龙江省,由于边界河众多,我国一侧河岸的冲退,无时不刻蚕食的国土,崩岸给人民财产和正常社会生活造成的影响日益凸显。本文在总结前人对极限平衡法的丰富和发展基础之上,利用有限差分强度折减法(Flac3D软件)和有限元法(Geo-studio软件)对土质岸坡稳定性进行分析,探讨了各影响因素对边坡稳定的敏感度。研究了在水流冲刷作用下,河岸展宽和冲深数学计算模型,利用松花江某水文站2008-2010年水文地质资料进行了冲刷模拟计算。利用有限元边坡稳定分析方法,借助Geo-studio软件对土质岸坡稳态渗流条件下,考虑边坡内部应力应变的变化,探讨了水位升降对岸坡稳定性的影响。主要研究成果和内容如下:
  (1)河岸土质条件是崩岸发生的内在因素,水流条件是破坏发生的外在因素,也是决定性因素。通过对各内在因素进行敏感性分析得出坡角的敏感度为0.785,内摩擦角为0.561,粘聚力为0.417,容重为0.409,边坡坡角对边坡稳定性影响最大,内摩擦角和粘聚力其次,相比而言土的容重最小。
  (2)对一概化均质边坡进行稳定性计算,发现有限元法和有限差分强度折减法计算得到安全系数要大于极限平衡法的计算结果。相比极限平衡法,有限元法和有限差分法无需对滑坡体受力情况进行假定,减少了误差,计算结果更为精确。
  (3)利用松花江2008-2010年相关水文地质资料计算的河流展宽和冲深结果表明,河岸在汛期冲刷较为剧烈,非汛期冲刷量较小。横向和纵向冲刷速率在2010年汛期达到了3.4 cm/d和3.1 cm/d。河道冲刷深度受河道含沙量变化影响较大,受水深和河道宽度变化影响较小。河道横向展宽受水深和河道宽度变化影响较为明显,受含沙量因素影响较小。
  (4)随着坡前水位上升边坡稳定性逐渐增强,随着水位下降稳定性逐渐降低,河岸易在退水期发生失稳崩岸。随着水位的下降岸坡安全系数呈指数下降。水位降低速率越快,边坡稳定性越差,越快达到临界失稳状态。边坡坡脚处不断冲退,导致坡脚处出现应力集中现象,最大变形量逐渐增大,稳定性逐渐降低。
  (5)雷诺护垫结构、砼铰接块结构、预制混凝土板结合保温衬砌结构等护岸措施应配合合理的护岸形式,因地制宜综合运用,充分发挥材料特性才能减轻季冻区河岸在受到水流冲刷、冻胀和冻融循环作用时的破坏。
[硕士论文] 顾栋辉
土木工程;防灾减灾及防护工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着传统能源煤、石油等的日益枯竭,可再生能源的开发在中国越来越显得重要。而风能作为新一代清洁的可再生能源之一,其发展前景相当广阔,发展势头也相当良好。中国风电产业发展迅速,尤其是近海风力发电。可是近海风电发展有着其特殊的技术难点。特殊的海上环境条件给风电机组的设计施工带来相当的困难。近海风电机组设计所要考虑的环境荷载比较复杂,有风、波浪和海流等荷载。这些环境荷载对着风机结构与设计起着决定性的作用。其中波浪荷载作为风机的控制荷载,荷载的大小直接决定着风机塔底所承受的剪力和倾覆力矩。同时,波浪荷载还存在着周期性,直接影响着风机的疲劳。可见波浪荷载对近海风机的设计和研究有着重大意义。
  本文以江苏某海域水文地质条件为基础,海上单桩结构风电机组为例,采用了三维整体有限元建模,详细地分析了波浪作用下不同因素—结构速度、不同弹塑性模型和不同波浪理论对于海上单桩结构风电机组动力响应的影响。本文主要工作内容如下:
  1、本文归纳比较了常见波浪理论—线性波、STOKES波和流函数理论的理论基础及公式表达。根据各个波浪理论的理论基础总结了其各自的适用条件和流函数理论及其数值解法。编写了能够求解任意阶流函数的Matlab计算程序,并且通过最速下降法和线性拟合法,将流函数数值解法中的非线性方程组求解问题转化为无约束最优化问题,实现了算法优化作用,提高了流函数数值解法的收敛性。定义了基于线性波和stokes波理论的稳定系数,验证了数值解法的可靠性。并且依据编写的Matlab程序,比较了相同波浪参数不同波浪理论下所求速度和加速度场的差距。
  2、本文汇总并讨论了土体常见的弹塑性本构模型。基于有限元软件ABAQUS中的AQUA平台,介绍了AQUA平台中的线性波和STOKES波的分布加载方法,并开发了基于该平台支持流函数波的波浪子程序UWAVE。
  3、本文基于江苏某海域水文地质条件,建立了以梁单元模拟桩体、实体单元模拟土体,以节点自由度耦合模拟桩土相互作用的桩土相互作用的ABAQUS有限元数值模型,并通过有限元计算分析验证了数值模型可靠性。
  4、本文通过有限元软件ABAQUS对波浪作用下海上单桩式风电机组的动力响应进行了分析,探讨了在动力分析中,不同人工边界对于波浪动力分析的适用性以及不同弹塑性模型、结构速度和波浪理论对于波浪作用下单桩式风电机组动力响应的影响,得出部分值得借鉴的结论。
  5、本文根据海上风电机组的工况和情况,提出了针对海上风机抗波浪设计准则,建议了海上风电机组桩基设计中的荷载组合和相关位移公式,得出固定人工边界在波浪动力分析中存在一定适用性的结论以及不同情况下结构桩基弯矩和顶点位移的相对大小关系。
[硕士论文] 王凯
土木工程;防灾减灾及防护工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:作为清洁能源和战略性新兴产业的重要内容,海上风力发电呈现出欣欣向荣的局面。“深水域、大容量、高品质”引领海上风电技术的发展方向,风电机组重量、单机容量及轮毂高度大幅增加,对风电机组(简称风机)支撑结构提出了更高要求。目前,对海上风电机组支撑结构抗震性能的重视尚未达到应有高度,现行相关规范对其抗震设计的考虑仍处于一个较低的水准,未能完整体现出流体-结构-土体三个耦合子系统间的相互耦合作用。有察于此,本文全面考虑地震作用下的流固耦合、桩土耦合问题,建立了单机容量为10MW的海上风电机组支撑结构数值模型进行动力行为分析。
  首先,本文完成了些许基础性的研究工作。探讨了海上风电机组支撑结构抗震性能、流固耦合问题、桩土耦合问题三方面的研究现状及思路;论述了海上风电机组支撑结构的结构形式与选型依据,选择适应中国未来海上风电建设要求的结构形式。
  其次,本文对流固耦合与桩土耦合分析方法进行理论研究。在现有研究基础上考虑固体的材料非线性及介质阻尼,推导了流固耦合系统的(ui,p)增量有限元格式,提出基于此的附加质量方法并给出了两种递推算法。简述了基于Morrison方程的附加质量方法并将其推广至三维地震动的情形。此外,论述了流固耦合有限元方法、考虑桩土耦合的P-y曲线方法及有限元接触分析方法。
  继而,本文事实上形成了一整套完整的海上风电机组支撑结构动力响应分析理论。应用APDL构建了考虑流固耦合与桩土耦合的海上风电机组支撑结构数值模型;建立运动方程并推导递推算法;完成了支撑结构激励的计算,包括选取地震波并编制程序生成人工地震波、根据BEM理论计算气动荷载、采用AR模型模拟风场并计算风荷载、计算波浪荷载及海流荷载。此外,验证了本文数值模型P-y曲线方法的精确性。
  最后,本文对海上风电机组支撑结构的抗震性能展开研究。分析了桩土滞回性能,包括桩径、土体抗剪强度等参数的影响;支撑结构的动力特性,包括流固耦合、桩土耦合对模态参数的影响。对不同地震波输入时支撑结构的地震响应规律进行研究,通过提出抗震安全系数的概念量化地评价支撑结构的抗震性能。探究了流固耦合、桩土耦合以及包括风荷载、气动荷载、波流荷载在内的不同激励对支撑结构地震响应的影响规律,为其抗震设计提供参考建议。研究了支撑结构地震响应对水深参数的敏感性,并涉及抗震验算时设计潮位的选择问题。
[硕士论文] 钟佩文
水利水电工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:滑坡是我国主要的地质灾害之一。在黄土分布广泛的西北和华北地区,大量的建设工程在实施过程中会形成大量的黄土开挖边坡,如何避免滑坡的发生成了当前的重点和难点。近年来,持续的强降雨等恶劣的极端气象灾害频繁发生,进一步加大了滑坡发生的概率。
  本文以延安市治沟造地工程为例,通过野外调查、室内试验、边坡稳定数值模拟计算研究了开挖边坡的滑坡形成机理。工程区夏季持续的强降雨天气导致边坡在坡顶、平台、坡脚处汇集积水。针对这一现象,重点研究了持续强降雨引起的积水入渗对边坡稳定性的影响。通过在室内模拟土体垂直方向一维降雨积水入渗过程,观测分析了土体含水率的变化以及湿润锋运移的特征。通过室内剪切试验,研究了含水率变化对边坡土体抗剪强度的影响。根据降雨积水入渗试验得到的不同时刻土体饱和区分布情况,结合饱和区土体重度、粘聚力、内摩擦角的具体数值,采用FLAC3D岩土工程数值计算软件计算分析了持续降雨条件下边坡的安全稳定性以及潜在滑动面的变化情况。最后针对开挖边坡在自然状态下的稳定性,通过计算不同坡型与坡比下坡体的安全系数研究了边坡开挖方式的优化。本文得到的主要结论如下:
  (1)土体垂直方向一维积水入渗试验结果表明:在降雨积水入渗条件下,浅层土体中湿润锋运移速度较快,随着深度的增加湿润锋运移速度逐渐减缓;当湿润锋到达时,不同深度土体含水率均呈现先陡升再趋于平缓上升的变化;入渗持续一定时间后,某一深度土体的含水率基本保持不变,饱和度可达80%。
  (2)对比分析强度折减法的三种失稳判据可得:数值计算不收敛判据的求解过程高效,简便快捷;特征部位位移突变判据的求解过程繁琐,但该判据得到的安全系数精确度较高;塑性区贯通判据求解过程能直观反映剪切带发展过程,但该判据得到的安全系数精确度不高。三种判据各有优势,但结合三种判据共同进行安全系数的计算能全面掌握边坡稳定性。
  (3)降雨入渗使土体的抗剪强度显著降低,随着降雨历时的增加,边坡土体中的饱和区域增大,土体局部的剪切变形增大。局部发生的塑性变形逐步扩展到一定程度时,坡体会产生位移突变以及剪切应变增量突变进而形成贯通的剪切带,从而导致滑坡。因此,黄土边坡应设置排水措施,避免降雨入渗引发滑坡等自然灾害。
  (4)通过计算开挖边坡在自然状态时不同坡型与坡比下的安全系数,证实了在坡体中间增设平台能够提升边坡的安全系数,增大边坡的稳定性。在边坡顶点和坡脚位置固定的情况下,随着平台宽度的增加,边坡安全系数呈现先增大后减小的变化情况。因此建议工程实际中合理增设平台,控制平台宽度。
[硕士论文] 李江龙
工程力学 三峡大学 2017(学位年度)
摘要:极限平衡法是应用最早、发展最完善的边坡稳定性分析方法,也是目前工程边坡稳定性分析的主要方法。但是,在极限平衡法分析中将边坡滑体分成细小刚体条块并对条块之间作用力做出假设,这使得在加固边坡稳定性分析时,难以反映出锚固措施的作用机理反而需要引入更多的假设条件,同时不同锚固措施的特点也难以在计算分析中考虑充分。本文以基于滑面正应力修正的极限平衡法作为理论基础,针对预应力锚索加固边坡的安全稳定情况进行研究。
  首先,收集现有极限平衡理论成果,对其基本原理进行归纳总结,对比滑面正应力修正法与几种常用传统极限平衡法的原理方法,论证滑面正应力修正法的过程与适用性。
  其次,展示了滑面正应力修正法的基本过程,介绍了几种常见的滑面正应力修正方法,结合有关研究成果,得到安全系数对满足所有平衡条件的不同滑面正应力假设并不敏感,后续研究中选取线性插值作为滑面正应力的修正方法。
  再次,通过预应力锚索相关的数值分析成果研究,探索数值方法实现预应力锚索加固边坡的极限平衡稳定性分析的可行性,通过算例与传统极限平衡法作比较,对比得出基于该方法与传统方法的计算结果差异不大。而数值方法的途径更便于工程应用也更接近真实的滑面正应力分布。
  最后,以金沙江拉哇水电站拉勉堆积体边坡为工程实例,采用与有限元法相结合的滑面正应力修正法进行极限平衡计算分析。其结果与传统极限平衡法和有限元强度折减法计算结果相互吻合,可行性得到了验证。
[硕士论文] 唐超
水利工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:路俄水库工程位于云南省红河州绿春县境内,位于绿春县西部牛孔河的支流哈卡河上,属红河水系。路俄水库工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型,是一宗以城镇、农村人畜生活供水和农业灌溉为任务的水利工程。
  本文主要对水库工程的挡水建筑物砾石土心墙堆石坝进行设计,土石坝设计的关键在于能否在渗流作用下满足边坡稳定。主要成果如下:
  (1)根据水文地质等资料,确定坝型选择、工程布置等。通过计算确定坝顶高程等坝体尺寸数据。
  (2)根据水文资料,进行兴利调节计算和洪水调节计算,确定水库死水位、正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位等水库特征值以及水库工程规模。
  (3)根据确定的坝体尺寸,进行CAD绘图,将其导入理正软件开始建模,输入相应计算参数完成建模。根据工程地质报告确定相应的计算参数。理正软件的计算结果显示大坝渗流稳定与坝坡抗滑稳定均满足规范要求。
  (4)对Geo-studio软件进行了介绍,并在Geo-studio软件的Seep/w模块和Slope/w模块进行建模,计算参数与理正软件相同。计算得出单宽渗流量、下游逸出比降、抗滑稳定安全系数等。
  (5)两款软件所计算出的抗滑稳定安全系数虽有差异但在合理范围之内,可用于大坝安全性评价。结合规范给出的坝坡抗滑稳定最小安全系数得出结论本文的土石坝设计完全满足渗流稳定和坝体边坡稳定。
[硕士论文] 赵营
水利工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:钢闸门的应力分析研究一直是水利工作者重点关注的课题。由于现实实验研究受到了加载问题、结果监测问题的限制,对于钢闸门应力分析问题的研究多依赖于数值方法。东武仕水库以防洪、供水为主,同时还具有水利发电等多功能的大型水利枢纽,由于水库建成已久,水库泄洪洞等结构都存在一定隐患,威胁着工程自身的安全。为了保证水库下游重要城市及基础设施安全,需对水库泄洪洞除险加固。东武仕水库泄洪洞为有压短管接拱式无压涵洞型式,分3孔,且两端都是悬臂。经分析,该泄洪洞除险加固项目施工方案需采取运用两个闸门中墩实行双悬臂组合式钢叠梁来封堵闸门,在检修门上游进行水下临时封堵的方案。
  本研究针对东武仕水库双悬臂钢叠梁闸门的运行方式和受力特点,采用有限元数值模拟的方法对钢闸门进行静力学和动力学模态分析,在静力学分析的基础上计算出主梁、面板的最大弯曲应力以及腹板的最大剪应力,并对钢闸门进行动力学模态分析,分析不同工况下的自振频率和自振频率所对应的振型,分析结果表明,静力学和动力学两种方法来分析闸门的安全性,都能够较好的验证闸门的最危险部位。双悬臂闸门水下封堵方式在实际工程中应用极少,存在很多的实质问题需要研究。因此,本文中针对泄洪洞深水封堵闸门,建立双悬臂钢叠梁闸门有限元分析模型,应用ANSYS软件就闸门的刚度、振动情况就此展开对闸门的静力学和动力学方面的研究。基于有限元法,对东武仕水库钢闸门应力进行分析,从宏观的角度探究在荷载的作用下钢闸门的应力形态,从而为现实类似工程提供一定的参考。
[博士论文] 冯振洋
土木工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:我国三分二的国土面积为山区,山地灾害频发,其中滑坡是山地灾害中最常发生的一种地质灾害,平均每年发生滑坡灾害约8000起,经济损失上亿元。因此,如何提高对滑坡灾害的监测预报,减少滑坡灾害的发生,是我国地质安全工作的研究重点。本文在国家自然科学基金项目(51178488,51478066)的资助下,以本团队研发的复合光纤装置为研究对象,在团队前期的工作研究基础上,本文采用室内实验、理论分析、模型试验和数值模拟方法,分析岩质边坡和土质边坡不同的滑移特性,研究并确定复合光纤装置监测滑坡的机制及监测性能和适用性,及本文取得的主要成果如下:
  ①实施了36组、108次不同砂浆比、基材和截面尺寸的复合光纤装置监测边坡滑移室内实验,揭示了光纤损耗与加载点位移的曲线响应关系,并以最大位移和灵敏度为控制变量,基于模糊数学方法获得了不同基材的复合光纤装置的最优砂浆比。建立了不同基材复合光纤装置的光纤损耗与滑移位移的关系式,分别探究了适用于岩质边坡和土质边坡滑移监测的复合光纤装置。
  ②根据边坡滑移时复合光纤装置的受力状态,构建了复合光纤装置在滑面处的力学模型,并基于该模型分析了复合光纤装置在岩质边坡中的监测原理,最后通过与现场监测实验的对比分析,验证了本文揭示的复合光纤装置监测原理的合理性。
  ③实施了岩质边坡现场模型实验和复合光纤装置在实际岩质边坡工程中的应用,通过对测斜仪和复合光纤装置的监测数据的比较,发现复合光纤装置监测的数据和监测位移计算公式推算的数据是基本吻合的,即复合光纤装置用于岩质边坡滑移的监测是可行的。最后,根据岩质边坡现场监测数据分析了岩质边坡滑移演化过程,并利用 R/S分形分析方法对边坡滑移进行预测,其结果与位移累计曲线的结果也是基本一致。
  ④实施了复合光纤装置设置竖直和水平铺设情况下的土质边坡的室内模型试验,揭示了土质边坡滑移过程中的光损耗的响应机制,并基于该响应机制和土质边坡的变形特性,提出了一种以Mohr-Coulomb屈服准则和初期应力法相结合的边坡变形预测的数值解析方法。该方法既可应用于土质边坡服役期的长期监测,也实现了对建设中的填土边坡实施边施工边预测边修正的信息化施工的可能性。同时,室内试验结果也显示了边坡监测前自身变形过程的评估,以及实现了启动监测后风险预测功能。
  ⑤以重庆市巴南区污水管网建设工程四标段W297-W302段滑坡为监测对象进行现场实验。现场实验结果验证了优先选用强度及刚度较低的EPS泡沫基材的复合光纤装置监测土质边坡滑移的结论,并表明了复合光纤装置监测滑坡具有一定的可靠性。并通过对比分析数值解析的结果和现场监测数据,表明本文建立的边坡变形预测的数值解析方法是可行的。
  本文以上研究成果可以用于岩质和土质边坡滑坡的监测预警中,为在边坡滑移监测预警中复合光纤装置的基材及周围灌浆比例的选择提供了理论依据,提高了边坡滑移的监测预警针对性和有效性。
[硕士论文] 杨君
水利工程 三峡大学 2017(学位年度)
摘要:金沙水电站2#挠曲体位于大坝坝轴线上方,纵贯上下游水库,挠曲下方为金沙水电站导流明渠。挠曲体由于地质构造原因岩体破碎分化严重,受降雨影响大,稳定性较差,历史上曾发生顺层塌滑。同时牛筋树堆积体位于此处斜坡中下部,范围较大,明渠施工前必须进行开挖清除。因此研究2#挠曲体边坡的稳定性以及堆积体、明渠开挖扰动对挠曲边坡的影响对工程具有十分重要的实际意义。
  本文以“金沙江水电站2#挠曲体边坡”为研究对象,首先通过工程的地形地貌、构造发育、坡体结构特征以及已有的变形破坏情况等,分析挠曲体的成因机制与边坡的变形破坏模式。在对岩体力学参数进行研究的基础上,运用ABAQUS有限元数值计算软件,对挠曲边坡在自重、降雨、开挖等各种工况下的稳定性进行了分析计算,具体内容和成果如下:
  (1)首先根据地质资料,采用最小二乘法、随机-模糊方法以及基于Hoek-Brown准则的参数折减法对边坡岩土体的力学参数进行了取值研究,得到了边坡稳定性分析中重要的强度参数。同时特别分析了关于强度折减中的失稳判据、等比例折减与双折减法、折减过程中是否考虑岩体弱化等问题。
  (2)从挠曲形成的构造背景与岩层的能干性差异来分析,表明挠曲符合纵弯褶皱作用的形成条件。
  通过分析挠曲边坡结构面类型及其发育规律,挠曲边坡可能出现的变形破坏模式为:
  ①边坡浅层滑移剪出破坏;
  ②卸荷岩体蠕动变形;
  ③不利结构面形成的块体滑动。
  (3)运用ABAQUS数值计算软件,采有限元强度折减对边坡进行分段计算,结果为:2#挠曲坡体上段和下段整体安全系数均大于1.25,满足规范要求。中段在开挖后安全系数为1.20,不能满足持久状况下1.25的规范要求,需采取工程措施加固。从开挖扰动对边坡影响来看,中段和下段坡体的明渠和覆盖层开挖对稳定性影响较大(开挖引起安全系数减小能达到0.2),而对挠曲上段坡体的稳定性影响相对较小(开挖引起安全系数减小为0.05)。
[硕士论文] 朱雪芳
水利工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:自然界中的黄土边坡大多为非均质的,其边坡结构的复杂,容易发生沉陷和滑坡,对人民的生产生活带来重大的损失,所以必须要经过处理后才能应用到工程中去。新型固化剂因其优良的性能正逐步应用于实际工程中。
  本文将新型高分子材料固化剂 SH运用到黄土边坡中,研究 SH对黄土边坡稳定的影响。借助有限元ANSYS软件,应用有限元强度折减法和突变理论定量分析了边坡加固区的加固厚度和铺筑方式对改良黄土边坡安全系数的影响。
  本文具体研究内容如下:
  (1)阅读了大量的相关文献,认真总结了土质边坡稳定分析的理论与方法以及利用固化剂改良土对边坡稳定性影响的研究现状。
  (2)总结了有限元强度折减法作为失稳判据,容易受到人为因素的影响,不能精确地得到解,只能得到一个较粗略的范围。
  (3)本文采用有限元强度折减法与突变理论相结合的方法,确定采用边坡中非均质层特征点坡角处上下水平相对位移与折减系数的关系做尖点突变模型的标准势函数,以判别式判断边坡是否稳定,定量地得到边坡的安全系数。
  (4)运用APDL简洁快速地改变模型中边坡加固区的厚度、铺筑方式等参数,研究了边坡稳定系数随这些参数的变化规律,得到固化剂SH改良黄土边坡稳定的效果。
  取得的成果如下:
  (1)非均质黄土边坡经固化剂 SH加固后,边坡的安全系数增大,且安全系数随着加固区厚度的增大而增大。在一定范围内,加固厚度与安全系数近似呈线性关系,由此说明,SH固化剂可以显著提高边坡稳定性。但综合经济效益和开挖对原边坡的影响,建议采用20cm的SH改良黄土作为加固厚度。
  (2)当边坡加固区面积相等时,加固区采用坡顶10cm,下底30cm的梯形铺筑对素黄土边坡安全系数的提高比采用上下边都为20cm的平行四边形铺筑方式对素黄土边坡安全系数的提高增大了3.45%。建议在实际工程中采用。
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