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1.
刚性块体极限分析上限法常应用于岩土工程稳定性研究,然而应用时需假定刚性块体破坏模式并递推繁琐的几何关系。为此,提出一种适应性更广的基于非线性规划模型的刚体平动运动单元上限有限元法,并解决了其优化模型初始值的确定问题。通过引入有限单元思想,将计算区域离散成刚体单元,同时以单元速度和节点坐标作为决策变量,由上限定理建立非线性规划模型获得上限解。利用编制的上限有限元程序进行边坡和浅埋隧道稳定性算例验证,表明运动单元上限有限元法能调整速度间断线至较优方位,所得破坏模式特征鲜明,上限解精度高,可广泛应用于边坡、隧道等稳定性分析研究。 相似文献
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《岩土力学》2020,(4)
将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数γD/c_(u0)、土体强度非均质参数ρD/c_(u0)等因素综合影响下开挖面失稳临界荷载上限解σ_s/c_(u0)图表和以有效间断线网表征的地层破坏模式及其演变规律。研究表明:隧道埋深比C/D和强度非均质参数ρD/c_(u0)对临界荷载σ_s/c_(u0)及地层破坏模式影响显著;土体重度参数γD/c_(u0)对σ_s/c_(u0)影响明显,但对破坏形态影响不大。进一步展示了不同有效间断线数目及分布等网格参数下地层破坏形态的差异,解释了上限解精度提高的原因,与多块体上限法及上下限有限元法对比表明,UBFEM-RTME适宜于非均质黏土地层隧道开挖稳定性评价研究,特别是极限状态破坏模式的分析。 相似文献
3.
为了从理论上判别和度量无衬砌浅埋土质隧道的稳定性,考虑拱形隧道洞身范围斜向滑裂面作用,采用极限平衡法导出隧道发生整体失稳时的极限超载与稳定安全系数理论解,并通过既有典型加载试验进行验证。浅埋隧道极限超载理论解与典型加载试验结果较接近,在此基础上,将抗滑力与滑动力之比定义为整体稳定安全系数,并分析其影响因素。研究表明,稳定安全系数随黏聚力、内摩擦角的增大而增大,黏聚力对其影响显著,而内摩擦角对其影响不显著;稳定安全系数随隧道跨度、覆跨比、超载的增大而减小,但超载越大对稳定安全系数影响越小;随着高跨比的增大,若黏聚力较低则安全系数减小,若黏聚力较高则安全系数先增大后减小。通过典型的加载试验对整体稳定安全系数进行了校验,表明稳定安全系数计算值基本满足工程允许误差要求。 相似文献
4.
基于塑性极限理论的上限分析法,借鉴已有数值分析和室内模型试验所揭示的带帽刚性桩破坏模式,构建了其运动许可速度场,并引入统一强度理论,根据能量平衡原理,推导了能考虑中主应力影响的带帽刚性桩极限承载力上限计算公式。同时通过参数分析,得到了带帽刚性桩极限承载力随桩帽尺寸、土的黏聚力和内摩擦角的变化规律。研究发现：考虑中主应力影响的带帽刚性桩的上限解较不考虑时有较大的提高,对于带帽刚性桩承载力计算时,实际统一强度理论中反映中主应力影响的参数取0.1～0.2附近较为合理。带帽刚性桩承载力随着桩帽尺寸的增大而增大,且桩帽直径与桩径之比 时,承载力增大趋势较为明显;承载力随着土体黏聚力和内摩擦角的增大而增大。通过与已有理论方法和试验结果对比分析发现,本文提出的方法不仅在理论上更严密,而且可得到更符合实际的计算结果。 相似文献
5.
为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型,以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题,从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题,展开多参数条件下的自适应上限有限元计算,分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系,列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解,揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。 相似文献
6.
非均质是软黏土地基中比较普遍的现象,而目前隧道开挖面稳定研究中比较成熟的理论主要是针对均质土体。因此,从塑性极限分析上限法的基本原理出发,采用平面应变隧道刚体平动破坏模式(多块体上限法),考虑软黏土地基的非均质性,推导了平面应变隧道极限支护压力关于隧道埋深、土体重度及土体强度的上限公式。通过与其他方法的比较分析,证明了极限分析方法在隧道开挖面稳定性方面的可行性;利用该方法的计算结果详细探讨了隧道开挖面稳定的影响因素;而且由计算结果可知,地基土的非均质性在影响隧道开挖面极限支护压力的同时,也影响着隧道开挖破坏面的位置和形状,为工程实践提供重要的理论依据。 相似文献
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合理选择注浆压力是确保盾构隧道壁后注浆效果良好的前提。假定在黏土地层中,壁后注浆先对周围土体产生压密效应,当注浆压力超过一定值以后,浆液开始劈裂土体。为得到最优注浆压力,基于弹塑性理论,推导了考虑浆体无限扩张时的注浆压力上临界值计算式;将接头螺栓的抗剪效应与注浆对管片产生的压力结合起来,推导了考虑螺栓剪切破坏的注浆压力上临界值计算式;基于主、被动土压力公式,提出了保持地层稳定的注浆压力上、下临界值计算式。在此基础上,提出了最优注浆压力计算方法。通过工程实例,分析了土体的弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压,及隧道埋深对临界注浆压力的影响。结果表明：临界注浆压力与土体弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压,管片结构性能以及隧道埋深等因素有关;上临界值随着土体弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压及隧道埋深的增大而增大;下临界值亦随隧道埋深的增大而增大。 相似文献
8.
针对现有有限土体刚性挡土墙主动土压力研究大都集中于临近建筑物墙体或地下室外墙的狭窄土体,相邻基坑、路堤与切坡挡土墙形成放坡状态有限土体研究甚少,本文考虑填土黏聚力及墙土间黏结力、墙土间摩擦作用、墙背倾角及填土顶面竖向荷载等的影响,利用刚体极限平衡理论进行研究。根据相邻基坑与边坡挡土墙放坡状有限土体的工程特性,分析挡土墙平动位移模式下平面滑动破裂面的形成特征,建立放坡状态有限土体主动土压力计算模型,并利用数值计算方法可以求解。通过对放坡状有限土体主动土压力进行算例分析与参数分析,表明极限破裂角与宽高比、黏聚力、墙背倾角及墙土间外摩擦角为负相关,不同黏聚力下随着宽高比增大,极限破裂角趋近于考虑黏聚力作用库伦方法得到的极限破裂角值,不同黏聚力下有限土体宽度临界值亦是变化的;主动土压力随黏聚力、墙背倾角及墙土外摩擦角增大而减小,随着宽高比增大而增大并逐步趋近于库伦方法计算的土压力值。最后,通过模型试验验证表明按本文方法计算的极限破裂角与实测破裂角吻合,PIV系统测试得到的临界宽高比与库伦方法的结果一致。 相似文献
9.
通过开展离心模型试验,对干粉砂及饱和粉砂中盾构隧道开挖面的失稳破坏特性和极限支护压力进行了研究。通过远程控制开挖面土体位移,获得了支护压力与开挖面位移间的关系曲线及开挖面达到主动极限平衡状态时的破坏模式。2组干砂离心模型试验结果表明,当隧道埋深与隧道直径比从0.5增大到1时,开挖面破坏模式从整体坍塌破坏转变为烟囱状,但极限支护压力变化较小。饱和砂土中的试验表明,开挖面水平方向破坏范围相比在相同埋深干砂中的范围扩大,极限支护压力显著增加。对开挖面破坏过程进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了开挖面极限支护压力和破坏机制,所得结果与试验吻合较好。进一步通过数值模拟,分析了土体强度参数、隧道埋深及渗流对极限支护压力的影响规律。结果表明,渗流条件下开挖面破坏区域及极限支护压力均大于无渗流情况,极限支护压力随内摩擦角增大而减小,随隧道埋深增大而减小。 相似文献
10.
采用刚性滑块构建两种圆形隧道失稳环向开挖面破坏模式,利用编制的非线性规划程序求解隧道失稳环向开挖面支护力系数σT /c（σT为均布支护荷载,c为有效黏聚力）最优上限解及地层破坏模式,揭示地层参数对隧道稳定性的影响,提出简单实用的极限支护力简化公式。研究结果表明：不排水条件下,当隧道埋深比H/D（H为埋深,D为隧道直径）和重度系数γD/c（γ 为重度）较小时,破坏区域主要集中在隧道中上部,随着H/D和γD/c增大,滑移线起始位置沿着隧道轮廓逐渐向隧道底部扩展,破坏区域向水平方向扩展。排水条件下,地层破坏模式主要有3种。当内摩擦角ϕ 和γD/c较大时,随着剪胀系数的减小,极限支护力和地层破坏范围变化较大,甚至可能引起破坏模式的改变。针对不同深度提出的极限支护力简化公式可快速获得隧道环向开挖面极限支护力。 相似文献
11.
The presence of a weak interlayer has usually an adverse effect on the slope stability. However, the rotational failure mechanism in the conventional upper bound limit analysis cannot rationally describe the sliding of the failure mass along the weak interlayer. Therefore, a new failure mechanism was proposed in this study to evaluate the stability of slopes with weak interlayers using the upper bound limit analysis and the associated factor of safety was determined by the shear strength reduction technique. The new failure mechanism is comprised of rigid blocks undergoing rotational or translational movements, instead of the rotational movement in the conventional failure mechanism. It has also been extended to the stability analysis of slopes in presence of stabilizing piles and pore water pressures. Case studies were carried out on actual slopes with weak interlayers. The proposed rotational–translational failure mechanism was verified by the shear strength reduction finite element method (SSRFEM). Comparisons demonstrate the reliability of limit analysis method with the proposed rotational–translational failure mechanism for slopes with weak interlayers and therefore it can be used as a simple evaluation method for the engineering design. 相似文献
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软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析 总被引：2，自引：0，他引：2
山区沟谷软土地基上高填方刚性涵洞的应用较为广泛,然而,现有的计算理论对该类条件下涵洞地基承载力的认识还不够充分,对地基承载力提出过高的要求,反而为结构带来了不利影响。通过数值模拟和试验手段对涵洞的地基承载力进行深入分析。探讨基础埋深、宽度及软土固结对涵洞地基承载力的影响。研究表明,当基础埋深系数 5时,涵洞地基承载力特征值随着基础埋深的增大近似线性增加,当 5时,基础埋深对地基承载力特征值影响逐渐减小;但基础宽度对软土地基上刚性涵洞地基承载力特征值的影响甚小,实际工程中可不予考虑。此外,试验结果表明,固结度和固结压力对软土的黏聚力和内摩擦角有复合影响,固结度较大时,黏聚力和内摩擦角随固结压力的增大而明显增大。固结度和固结压力对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响要大。高填方涵洞地基极限承载力随着软土固结度的增大而提高,当固结度达到90%时,地基极限承载力通常可提高36%以上;地基极限承载力随固结压力的增加呈非线性增大,其提高的幅度逐渐减小。 相似文献
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In this paper, an upper bound estimate of the limit load on non-associative coaxial granular materials is presented. The kinematic approach of the upper bound limit analysis has been utilised. The failure mechanism is assumed to coincide with the direction of the shear bands at every point throughout the body. The shear band orientation in non-associative coaxial materials, i.e. those with the same major principal stress and major principal strain increment directions, can be found based on the angle of dilation and the major principal stress direction. Therefore, having known the stress field at limiting equilibrium, the orientation of the shear bands and hence, the failure mechanism can be obtained. In this study, the stress field is first determined by the method of stress characteristics. Then, the finite element interpolation technique is used to interpolate the stress field and to find the orientation of the shear bands at every point within the field. Once the failure mechanism and the stress state at every point along velocity discontinuities have been found, the upper bound limit analysis has been performed to estimate the limit load. 相似文献
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Upper bound rigid block methods and finite element limit analysis are applied to investigate the undrained stability of rectangular tunnels. Solutions for a range of soil properties and tunnel geometries are obtained for situations in which the tunnel is wider than it is high. The upper and lower solutions for tunnel stability, which accurately bracket the true collapse load, are summarised in a series of stability charts for use in tunnel design. 相似文献
15.
《Geomechanics and Geoengineering》2013,8(4):267-275
Pseudo-static approach is adopted in this paper to determine the seismic uplift capacity of an inclined strip anchor using upper bound limit analysis. Two different failure mechanisms are considered to obtain the magnitudes of unit weight component of uplift factor fγE for different values of soil friction angle, interface friction of anchor plate, anchor inclination, embedment ratio and horizontal seismic acceleration coefficient. The failure mechanism 1 consists of a triangular and quadrilateral rigid blocks; whereas the failure mechanism 2 comprises a logarithmic spiral failure zone with varied focus, sandwiched between a triangular and quadrilateral rigid blocks. It is observed that the magnitude of uplift factor fγE decreases significantly with the increase in seismic acceleration but increases with the increase in embedment ratio and roughness of the anchor surface. However, a mixed trend in the values of fγE can be observed for different inclination of the anchor, which is clearly discussed in this paper. The results are compared with the existing values in the literature and the significance of the present methodology for designing the inclined strip anchor is discussed. 相似文献
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考虑地基土体的非均质特性,采用非线性Mohr-Coulomb强度准则及其关联流动法则构造了浅埋水平条形锚板的曲线型破裂机制与机动许可速度场,根据极限分析上限定理推导了条形锚板抗拔承载力的表达式。利用变分极值原理求得了锚板抗拔承载力及其上方土体破裂面的上限解,分析了锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对锚板抗拔承载特性的影响,并将该上限解与已有计算方法进行了对比。结果表明:锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对其抗拔承载力与破裂面特征具有明显的影响。锚板埋深和土体非均质系数越大以及土体非线性强度系数越小,锚板抗拔承载力和土体破裂面深度、宽度均是越大。该上限解与极限平衡和极限分析有限元方法的计算结果基本一致,验证了所采用的曲线型破裂机制和地基非均质变化规律有效性,为条形锚板设计提供了一定的参考。 相似文献
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为明确盾构施工掌子面滑移破坏机制并确定掌子面支护力的合理范围,基于滑移线理论和极限分析上限定理,利用空间离散技术提出了一种盾构施工掌子面三维滑移破裂模型。依据大主应力拱理论计算滑移区顶部竖向土压力值,并以此作为滑移破坏区上部的竖向荷载计算掌子面极限支护力。研究表明,土拱效应显著影响掌子面前方土体竖向应力的大小及分布规律;将本模型与已有研究方法进行比较,验证了本模型获取的掌子面极限支护力极限分析上限解在黏性土地层以及摩擦土地层中的适用性。同时本模型构建的掌子面破坏区域形态更加贴近离心试验结果与数值计算结果。 相似文献