极限分析上限法在加筋土结构物稳定性分析中的应用

论文摘要

加筋土因省工、省料、施工方便、快速等优点,被广泛应用。加筋土是通过在挡土墙、边坡及地基等土工结构物中铺设或打入土工合成材料、钢筋等筋材,以减轻土压力、增加边坡稳定性、提高承载力的一种技术。目前有关加筋土的设计法采用的都是极限平衡法。极限平衡法简单、方便,但是由于只满足材料的本构关系,得到的解与严密解的大小关系不明确。原则上,用于土工结构物稳定性分析的方法,如极限分析上限法和下限法、有限单元法及滑移线法,均可用于加筋土结构物的稳定性分析。其中,上限法与极限平衡法一样应用简单,而且满足材料的本构关系、位移的相容条件和边界条件,因此得到的解与严密解大小关系明确,同时,所得的解以解析式的形式给出。可以说上限法是一种简单有效的方法。本文首先整理并总结了极限分析上限法在加筋土结构物稳定性分析应用中的两种思路,并分别称之为内力功法和准粘聚力法。内力功法着眼于包含有筋材的滑动面上内力功的计算方法,准粘聚力法则将加筋砂土当作具有粘聚力的素土,直接应用上限法求解。目前,内力功法应用的上限法均基于传统的极限分析法。传统极限分析上限解法中认为运动刚体以速度V与静止刚体成ν角膨胀,剪胀角ν与内摩擦角φ相等,从而导致在计算土体所消耗的内力功时反映不出材料的摩擦特性。广义塑性理论认为运动刚体与静止刚体之间的剪胀角φ/2,从而在内力功计算中可以明确的反映出岩土材料的摩擦特性。本文在总结目前提出的内力功法的基础上,将基于广义塑性理论的上限法应用到杨俊杰内力功计算方法,并提出内力功计算式,然后,通过求解加筋土坡临界高度,对比了基于传统和广义塑性理论的杨俊杰方法、Radoslaw L.M.方法的计算结果以及离心试验结果。针对准粘聚力法,本文分析了刘垂远对加筋砂土和加筋粘土的三轴试验的结果,对比了试验得到的粘聚力和通过准粘聚力原理计算得到的粘聚力,得了出准粘聚力原理也可用于加筋粘土结构物的结论,并通过算例进行了验证。本研究丰富和发展了加筋土的设计和理论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 加筋土的发展历史及简介
• 1.2 加筋土材料—筋材
• 1.3 加筋土材料—填料
• 1.4 加筋土工程的分类及特点
• 1.5 加筋土的试验方法
• 1.6 加筋土的计算方法
• 1.7 本论文的研究内容
• 2 加筋机理及上限法应用思路
• 2.1 加筋机理
• 2.1.1 摩擦加筋原理
• 2.1.2 准粘聚力原理
• 2.2 上限法应用于加筋土结构物稳定性分析的思路
• 3 上限法在加筋土结构物稳定性中的应用—内力功法
• 3.1 极限分析法
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 极限荷载的上限定理
• 3.2 内力功计算方法
• 3.2.1 基于传统塑性理论上限法的加筋土滑动面上内力功计算方法
• 3.2.2 基于广义塑性理论上限法的加筋土滑动面上内力功计算方法
• 3.3 算例
• 3.3.1 杨俊杰方法求解加筋土坡临界高度
• 3.3.2 本文方法Ⅰ求解加筋土坡临界高度
• 3.4 本章小结
• 4 上限法在加筋土结构物稳定性中的应用—准粘聚力法
• 4.1 加筋土三轴试验结果分析
• 4.2 加筋土的破坏机理
• 4.2.1 拉断破坏
• 4.2.2 粘着破坏
• 4.2.3 加筋土破坏形态的判断
• 4.3 准粘聚力原理在极限分析上限法中的应用
• 4.3.1 准粘聚力原理在传统塑性理论上限法中的应用
• 4.3.2 准粘聚力原理在广义塑性理论上限法中的应用
• 4.4 算例
• 4.4.1 基于传统塑性理论的上限解
• 4.4.2 基于广义塑性理论的上限解
• 4.5 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果