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边坡稳定性分析自上世纪60年代以来一直是岩土工程界研究的重要课题之一。迄今为止,边坡稳定性分析主要有两种方法:一是工程中实际广泛使用的极限平衡法;二是严格的把边坡问题作为数学物理问题进行计算的有限元法。本文中采用的是在理论研究界广泛使用的后者,即基于有限元理论对边坡进行了开挖模拟分析。
岩土工程中,边坡因开挖坡脚岩土体所产生的作用于支挡结构上的土压力情况复杂,它不仅与支护结构位移、刚度和岩土体地质条件相关,而且还在很大程度上取决于施工方法。以往采用的先开挖后设支挡结构的施工方法,对坡体的扰动很大,诱发的很大土压力造成了不少工程事故,仅适用于低矮边坡。对于中高以上边坡,目前工程上更多的采用预加固的方法,采用边开挖、边支撑、分层开挖、逐层加固的施工方法,尽量减少对岩土体的扰动。但土压力在大小、方向、分布规律等方面都是很复杂的,如何相对真实的模拟因开挖带来的应力、应变分布,是本文中研究的主要内容。
文章的核心部分在于利用ANSYS软件进行的模拟计算,其中将所研究的问题假定为二维平面应变问题,岩土体均为理想弹塑性材料,并遵循Drucker-Prager公设,利用四节点等参元进行模拟。通过分析每次开挖引起的应力、应变关系变化,可以清楚的分析因坡脚开挖带来的影响。
再者,贵州红粘土分布广泛,国内外及我校专家对红粘土的特性及内在微观结构已有深入的研究,但技术的进步是在对自然的不断认识、不断创新中逐步完善的,所以本文选择了一个红粘土性质的边坡进行了模拟分析。