強(qiáng)夯碎石墩加固軟基路堤穩(wěn)定性有限元分析

結(jié)合g105線連平內(nèi)莞邊坡修復(fù)工程實(shí)例,對(duì)高邊坡穩(wěn)定性有限元分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析,以期能為相關(guān)技術(shù)人員提供有益參考。

筒型基礎(chǔ)防波堤是一種新型港口與海岸工程結(jié)構(gòu),依靠下部筒型基礎(chǔ)沉入土中維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。結(jié)合實(shí)際工程,建立筒型基礎(chǔ)防波堤穩(wěn)定性分析的三維彈塑性有限元模型。根據(jù)筒型基礎(chǔ)防波堤的結(jié)構(gòu)特性,建議此種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的4種判別標(biāo)準(zhǔn),分別為極限承載力判別標(biāo)準(zhǔn)、基于p-s曲線出現(xiàn)較明顯拐點(diǎn)的判別標(biāo)準(zhǔn)、基于允許變位的判別標(biāo)準(zhǔn)和基于筒底脫離的臨界點(diǎn)的判別標(biāo)準(zhǔn)。通過有限元分析結(jié)果得出各種判別標(biāo)準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。結(jié)果表明在設(shè)計(jì)波浪力以內(nèi),結(jié)構(gòu)的位移很小,p-s曲線為線性,說明這種新型結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性。并且通過分析極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)的分布,得出這種新型防波堤的失穩(wěn)模式為繞基礎(chǔ)筒底以下某點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)。研究成果可為這種新型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析提供借鑒和參考。

以常見跨徑簡(jiǎn)支斜交橋?yàn)槔⒂邢拊Ｐ?以新型摩擦擺系統(tǒng)支座、板式橡膠支座、抗震型橡膠支座和鉸接支承連接為支座形式,通過有限元的方法,以斜度為常變參數(shù),對(duì)以上4種支座的剛度和形式進(jìn)行計(jì)算分析,進(jìn)行常遇地震與罕遇地震下的反應(yīng)譜和線性時(shí)程分析,算出橋墩內(nèi)力并進(jìn)行參數(shù)分析,對(duì)比研究地震對(duì)不同支座形式和剛度的斜交橋墩的影響。為正確進(jìn)行斜交橋的抗震設(shè)計(jì)提供了有益參考。

利用有限元軟件plaxis對(duì)某試驗(yàn)段高速公路路堤進(jìn)行數(shù)值模擬分析，通過土工格柵加筋與未加筋兩種情況下的對(duì)比，來分析加筋對(duì)軟基路堤最大沉降量、路面不均勻沉降以及地基土側(cè)向位移的影響。

在研究路堤填土施工過程和土體的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了土工格柵加筋高路堤邊坡的有限元分析模型,并利用該模型對(duì)土工格柵加筋高路堤邊坡的受力情況、位移和破壞機(jī)理進(jìn)行研究,分析土工格柵的長(zhǎng)度、剛度以及鋪設(shè)間距等參數(shù)對(duì)路堤變形的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,選擇模量高,延伸率適宜的土工格柵對(duì)減少路堤側(cè)向位移和提高高路堤的穩(wěn)定性具有明顯效果;隨著路堤填土高度的增加,每層土工格柵所受拉力的最大峰值逐漸移向路堤內(nèi)部;土工格柵所受的拉力從下往上逐漸減小,最大拉力出現(xiàn)在堤底第2層上;當(dāng)路堤邊坡較陡時(shí)(坡率為1∶m,m≤1.0),土工格柵的加筋長(zhǎng)度宜取5.5~8m;土工格柵的鋪設(shè)間距宜為60cm。

ansys是一個(gè)功能強(qiáng)大的有限元軟件,邊坡穩(wěn)定分析就是利用ansys可對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能來做的,即:根據(jù)有限元程序計(jì)算得到的應(yīng)力場(chǎng)來計(jì)算各點(diǎn)的安全系數(shù),然后利ansys強(qiáng)大的后處理功能繪出安全系數(shù)等值線,則其中安全系數(shù)最小的那條等值線就是最可能的滑裂面,其安全系數(shù)就是邊坡的安全系數(shù).

結(jié)合西南某鐵路便道邊坡的工程概況,采用abaqus有限元分析軟件,對(duì)鐵路便道邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了有限元分析,并基于強(qiáng)度折減法,獲得了該邊坡的安全系數(shù),確定了滑動(dòng)面位置,進(jìn)而為邊坡防護(hù)與加固設(shè)計(jì)提供了參考,并給出了相應(yīng)的加固處治建議。

收稿日期:2005-09-23;修訂日期:2006-01-11 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40572157,40502028)、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20050697013)資助。 作者簡(jiǎn)介:王家鼎(1962-),男,陜西藍(lán)田人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,從事工程地質(zhì)研究。e2mail:wangjd@nwu.edu.cn 高填方加筋黃土路堤穩(wěn)定性的有限元分析 王家鼎1,謝婉麗 1 ,駱鳳濤 1,2 (1.西北大學(xué)地質(zhì)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710069; 2.中交通力公路勘察設(shè)計(jì)工程有限公司,陜西西安710075) 摘要:采用有限元法對(duì)國(guó)內(nèi)最高(62m)的山西北張溝加筋黃土高填路堤穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)其最大主應(yīng) 力、最小主應(yīng)力、剪應(yīng)力和塑性破壞區(qū)及其變

路堤拓寬變形性狀的有限元分析——采用plaxis有限元軟件對(duì)不同工況下拓寬路堤進(jìn)行了非線性有限元分析得出：拓寬路堤的自重會(huì)使老路堤產(chǎn)生較大的附加沉降和水平位移，路基模量和土層對(duì)路堤變形的影響較大。

目前關(guān)于巖溶區(qū)樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性問題的研究較少,本文通過對(duì)張花高速公路某一段不良地質(zhì)段的具體研究,利用有限元分析方法,對(duì)地質(zhì)工程參數(shù)、樁基礎(chǔ)自身參數(shù)等進(jìn)行變化,探究各因素與溶洞臨界厚度、臨界嵌固力的規(guī)律,為施工中樁基礎(chǔ)的合理設(shè)計(jì)及路線選取提供了理論參考。

水工引水隧洞施工過程中,常發(fā)生塌方、突涌水和巖爆等不良地質(zhì)問題,直接對(duì)施工安全和工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。為準(zhǔn)確預(yù)判圍巖穩(wěn)定性防止發(fā)生事故,施工開挖過程中圍巖穩(wěn)定性分析十分重要。文章結(jié)合工程實(shí)例,考慮多種地質(zhì)條件和內(nèi)水壓力等因素,選取典型斷面模擬隧洞在開挖和支護(hù)等多種工況下的應(yīng)力變形計(jì)算分析,結(jié)論對(duì)指導(dǎo)引水隧洞圍巖穩(wěn)定性分析研究具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

水工引水隧洞施工過程中,常發(fā)生塌方、突涌水和巖爆等不良地質(zhì)問題,直接對(duì)施工安全和工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響.為準(zhǔn)確預(yù)判圍巖穩(wěn)定性防止發(fā)生事故,施工開挖過程中圍巖穩(wěn)定性分析十分重要.文章結(jié)合工程實(shí)例,考慮多種地質(zhì)條件和內(nèi)水壓力等因素,選取典型斷面模擬隧洞在開挖和支護(hù)等多種工況下的應(yīng)力變形計(jì)算分析,結(jié)論對(duì)指導(dǎo)引水隧洞圍巖穩(wěn)定性分析研究具有一定的指導(dǎo)價(jià)值.

某礦山礦體埋深大,圍巖穩(wěn)定性差,基于巷道空間位置的復(fù)雜性和安全性考慮,采用巖體彈塑性破壞drucker-prager(簡(jiǎn)稱d-p準(zhǔn)則)準(zhǔn)則,通過ansys8.0有限元程序分析軟件,進(jìn)行三維非線性有限元數(shù)值模擬,對(duì)礦山主巷道的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析,分析在應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化的條件下主巷道的塑性區(qū),確定了巷道變形及圍巖應(yīng)力隨著巷道埋深變化的關(guān)系。對(duì)主巷道穩(wěn)定性進(jìn)行分析和評(píng)估,最終確定了巷道穩(wěn)定性隨巷道埋深變化時(shí)主要影響部位及因素,可為礦山確定巷道支護(hù)參數(shù)提供指導(dǎo)。

設(shè)計(jì)了四邊簡(jiǎn)支板穩(wěn)定性試驗(yàn)的加載、支承裝置及試件,進(jìn)行了中厚度鈦合金板面內(nèi)雙向受壓穩(wěn)定性試驗(yàn),測(cè)出了相應(yīng)的極限壓力pcr;并與ansys軟件的非線性有限元計(jì)算的結(jié)果作了比較,兩者基本吻合;說明中厚度鈦合金板采用有限元穩(wěn)定性分析,選用20節(jié)點(diǎn)solid186體單元并計(jì)及材料非線性,是可靠有效的。

施工階段斜拉橋的顫振穩(wěn)定性已成為一個(gè)倍受關(guān)注的重要工程問題。運(yùn)用多模態(tài)顫振的有限元分析方法,進(jìn)行了施工階段的顫振穩(wěn)定性分析,并探討了施工階段斜拉橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和顫振穩(wěn)定性的變化規(guī)律。

將有限元強(qiáng)度折減法與abaqus軟件相結(jié)合,分析軟弱夾層、泊松比和剪脹角對(duì)邊坡強(qiáng)度折減系數(shù)的影響。結(jié)果表明:含夾層的強(qiáng)度安全系數(shù)比不含弱夾層的邊坡安全系數(shù)??；此外,強(qiáng)度安全系數(shù)隨著剪脹角增大而增大。

為了掌握巖質(zhì)高邊坡開挖過程中的位移變形,應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律,本文采用赤平極射投影法（stereographicprojection）與midas/gts有限元分析相結(jié)合的簡(jiǎn)化物理模型,對(duì)清鎮(zhèn)職教城巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和判斷。根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果診斷巖質(zhì)高邊坡開挖后的地質(zhì)缺陷部位,采用有限元分析和極限平衡法去優(yōu)化邊坡設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)支護(hù)后邊坡穩(wěn)定性。

隨著中國(guó)工程建設(shè)局面的不斷展開,目前鐵路、水利工程等遇到越多的圍巖穩(wěn)定問題,故隧洞巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析有著非常重要的作用,文章結(jié)合引水隧洞開挖的初期支護(hù)施工過程,對(duì)引水隧洞不同圍巖類別在開挖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行模擬,計(jì)算開挖施工過程3種不同工況下圍巖頂拱及側(cè)向的塑形變形,分析其分布規(guī)律,計(jì)算成果為初期支護(hù)過程圍巖的穩(wěn)定性提供分析依據(jù)。

以大平掌銅多金屬礦山為背景,利用ansys有限元軟件和強(qiáng)度折減法,研究了采場(chǎng)東部巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。該數(shù)值分析方法較好地反映出了巖質(zhì)邊坡受軟弱夾層及結(jié)構(gòu)面控制的破壞機(jī)制。通過模擬,在僅考慮在自重應(yīng)力的作用下,得出邊坡安全系數(shù)為1.0~1.05,說明邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需及時(shí)進(jìn)行加固處理。

巖體的穩(wěn)定性分析是工程地質(zhì)和巖體力學(xué)非常重要的研究課題,而噴錨支護(hù)和襯砌對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性起到重要的作用。通過有限元模擬了隧洞在施工過程和運(yùn)行過程中圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)變形規(guī)律,為圍巖和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

先以滲流-應(yīng)力耦合分析求出,降雨入滲條件下邊坡的應(yīng)力、位移、孔隙水壓力等情況;再以重度增大法為依據(jù),結(jié)合非飽和土強(qiáng)度理論,求出邊坡破壞時(shí)的極限荷載因子。結(jié)果表明,降雨入滲情況下,由于孔隙水壓力的改變,邊坡極限荷載因子顯著減小,穩(wěn)定性顯著降低;隨降雨強(qiáng)度或持續(xù)時(shí)間的增大,穩(wěn)定性降低。

采用非線性有限元方法來分析加筋土坡的位移場(chǎng),可建立五種計(jì)算模型。通過有限元分析,對(duì)一般土質(zhì)地基上土工格柵加筋路堤的工作性能進(jìn)行研究,并對(duì)不同布筋方式的土工格柵加筋路堤進(jìn)行計(jì)算與分析,研究各種工況下路堤整體變形情況以及路堤內(nèi)位移分布、坡面?zhèn)纫魄闆r。結(jié)果表明:加筋能較大幅度地提高路堤的整體剛度和內(nèi)部穩(wěn)定性,對(duì)地基均勻性和抗變形能力的要求有所提高;加筋路堤邊坡的水平位移隨著路堤加筋位置的上移而增大。