基于随机有限元法的高速公路路堑边坡可靠性分析

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaoyao0313
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自从上世纪九十年代以来,国内经济的飞速发展,我国的高速公路建设事业也迅速的增长。随着高速公路的发展,公路的建设逐渐往丘陵地带深入。在经济不断发展的同时,高速公路修建及运营阶段,因为边坡失稳而导致的灾害也随之急剧增加,这也促使人们不断的研究边坡稳定性这个课题。评价边坡稳定性的方法,特别是确定性评价方法,使用较广泛,不少学者也做出了较多的研究成果。但由于工程实际中存在着很多不确定性的影响因素,如材料物理力学参数、荷载、计算模型等等。因此,对工程进行稳定性评价时考虑这些不确定性因素的影响是有必要的。   本文选取湖北省宜昌至巴东高速公路第七合同段K43+200-K43+325处的南边村滑坡进行可靠性分析。结合边坡岩土工程性质,将土体的粘结力、内摩擦角、重度及压缩模量等4个参数作为随机变量,建立弹塑性随机有限元模型,采用Mohr-Coulomb破坏准则,运用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对边坡稳定性进行分析。   本文主要内容包括:   (1)通过查阅国内外关于结构稳定性研究方面的文献资料,分析和理解各种稳定性的评价方法,在文章第一章中对这些理论方法进行的简要的描述,并介绍国内外现阶段非确定性边坡稳定性评价的研究现状。   (2)在第二章中,系统的介绍了可靠性理论及评价边坡可靠性的三种方法:蒙特卡洛法、一次二阶矩法及统计矩法。说明可靠性分析计算的具体步骤。   (3)第三章及第四章则主要是介绍可靠性分析方法中的随机有限元法及其随机场离散的方法。根据各种方法的优缺点以及对原始数据的采集要求,本文选取了随机场的局部平均法及Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对本文的工程案例进行分析。   (4)结合工程实例,根据前面的推导公式,应用FORTRAN70编程,对工程可靠性进行有限元计算。程序采用二维四结点矩形单元离散随机场,计算结点的位移及结构的可靠度指标。   得出的结论是:运用程序计算边坡的可靠性与安全系数,与经典的瑞典条分法计算的安全系数进行比较。结果显示,运用本文方法计算的安全系数比瑞典条分法计算结果偏小,具有一定的参考价值。   表明运用随机有限元法评价边坡稳定性是可行的。本文所采用的随机有限元法比普通确定性评级方法具有较高的精度。该方法可以进一步用于岩质边坡、深基坑边坡及水电站大坝的稳定性评价。
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