包裹式加筋边坡破坏机制有限元分析毕业论文(编辑修改稿)

包裹式加筋边坡破坏机制有限元分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

离心模型试验，并结合数值分析的方法，研究了添置格栅的诸多因素对路堤边坡的稳定性的影响。 ， （ 20xx） [20] 他在离心试验模型中研究加筋边坡在竖向荷载的作用下的破坏特点。 在实验过程中和通过数字成像技术记录了土体的位移变化状况。 实验结果说明土体应力的峰值在荷载的正下方。 ， （ 20xx） [21] ， JianFeng Chen， SongBo Yu （ 20xx）[22] 利用离心模 型试验研究软土地基上的格栅加筋路堤，在试验中监测路堤沉降、土压力和孔隙水压力，加筋路堤在表面自下出现不同程度的裂缝。 ， （ 20xx） [23]他在这个离心试验模型中采用了不同于荷载加载的加载方式，转而采用使之产生不均匀沉降的加载方式。 试验证明地基的不均匀沉降对于边坡整体的稳定性并无很大的影响，位移的峰值在不均匀沉降处产生。 大型现场试验研究现状 王晓鹏，史锋，郭宇楠（ 20xx） [24] 针对 5 种工况的格栅加筋路堤边坡进行现场试验，对各种工 况下土压力、格栅应变和路堤沉降进行跟踪观测，并比较分析了格栅应变、土压力和沉降的变化规律，进而研究了加筋层数及加筋类型对路堤结果性能的影响。 杨广庆 ,周亦涛等 (20xx) [25] 对某高速公路加筋土挡墙水平土压力和土工格栅拉筋位移进行了系统测试。 研究表明，施工期间土工格栅加筋土挡墙墙背土压力随填土高度的增加而增大，其数值均小于理论计算结果，土工格栅拉筋在施工期应变变形较大 ,工后应变非常小 ,挡墙下部土工格栅拉筋端部应变随填土高度变化较大，在加筋体锚固区末端存在过渡区，其工程特性逐渐向非加筋体填土过渡。 研究内容 包裹式加筋边坡通过向土体中添置柔性筋材增强边坡承载能力，具有造价低廉、施工简便、与边坡绿化紧密结合的优点，近年来在工程中得到了广泛的应用。 但是，受到其受到作用力时的破坏机制仍不明确的影响，设计理论尚不完善，往往都是根据以往的工程经验进行设计。 显然，这样的设计明显的缺乏理论的佐证。 本文通过 plaxis 有限元软件，对某一包裹式加筋边坡模型的筋材埋置深度，筋河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 5 材埋置间距等参数进行分析，进而从中得出结论，以期为日后的包裹式加筋边坡设计提供理论的佐证。 研究方法 由于缺乏实验的器材，本课题的研究是通过有限元软件来进行的。 但是，必须承认的是有限元软件模拟加载所得到的实验数据同真实的实验数据相比是存在很大的误差的。 故而，在进行本课题的研究之前，必须对我们的研究方法进行验证，确保实验数据的真实性。 模型参数 校核 同济大学李飞前辈在其博士论文中详述了一个包裹式加筋边坡的荷载实验过程。 通过有限元软件建立该实验中的模型进行模拟加载，将获得的 PS 曲线同论文中给出的曲线进行对照即可。 根据论文中的描述，所要建立的模型是一个斜率为 45 度的小型边坡，模型整体长度 为 900mm，整体高度为 500mm，左侧留土 250mm，右侧留土 400mm，下侧留土 250mm。 其他数据可由下左图中得出。 根据论文中提到的参数，土的重度，土的饱和重度为 ，土的变形模量 30MPa，泊松比 ，内摩擦角 45 度。 将上述数据输入即可将有限元软件的计算模型建立完成，如下图 和 所示。 图 某实验模型图 图 plaxis 数值模型 本次模拟加载采用的是位移加载方式，通过规定变形，来读取应力的方式 进行数据的获取。 通过加载所获的的数据立图表即可得到由有限元软件模拟加载获得的 PS曲线（图 ）进而与真实的实验数据建立的 PS 曲线（图 ）进行对照。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 6 图 数值模拟结果 图 试验结果 然而仅仅依靠 PS 曲线并不能够完全验证研究方法的正确性，还需要比较两种情况下的位移云图以真正的确认研究方法的正确性。 根据论文中给出的实验数据，选取沉降量为 20mm 情况下的位移云图进行对照 （图 和图 ）。 图 数值 模拟结果 图 试验结果 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 7 根据上述四副图片的对照可以很清楚的发现，通过有限元模型模拟加载所获的数据与通过真实实验所获得的数据相差无几，这样也就有力的论证了，本文研究方法的正确性及科 学性，为接下来的研究做出了很好的铺垫。 研究 思路 本文采用了新的筋材埋置方式，众所周知在实际加紧边坡的施工过程中，设计方与施工方往往为了方便起见统一筋材的埋深，使得筋材左边沿与边坡平行。 但是这种方式对我们研究筋材埋深对边坡的影响，并非十分有利。 笔者认为，要研究筋材的埋深必须要保证每根筋材都能在最大程度上发挥作用。 所以本文采用将筋材左端部对齐的方式进行建模 ,以保证每根筋材的埋深都能从较小值扩大的较为理想的状态。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 8 2 筋材间距影响分析 2． 1 有限元模型建立 在上文中论文模型基础上进行改造建立使用于本次研究的模型。 为了保证变量即筋材的埋置间距相同又由于边坡高度为 250mm 故而在选择变量大小时只能够选取可以被 250 整除的间距，故取间距变量分别为 25mm， 50mm， 125mm，同时在建立模型的过程中应注意保持其他各项指标的稳定。 建立模型如图。 图 间距 25mm 时的模型 图 间距 50mm 时的模型 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 9 图 间距 125mm 时的模型 2． 2 模拟加载及数据整理 对上述的三个模型分辨进行模拟加载，记录其模型的变形及应力数据建立 PS曲线图表如下 (图 )所示。 图 筋材间距 ps 曲线 从图表中不难看出随着间距的减小，边坡的承载能力呈现出很强的规律性，即间距越小承载能力越强。 数值计算结果分析 了解到现象之后我们所要做的就是，从其中发现更深层次的原因。 只有知其然又知其所以然，才能更深层次的了解筋材间距对加筋筋边坡影响。 具体的分析方法我们需要借助的是 plaxis 软件所计算出的位移云图，以及塑性点的分布图来进行分析。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 10 数据分析过程中 得到的位移云图如下 (图 )所示。 图 间距 25mm 时的位移云图 图 间距 50mm 时的位移云图 图 间距 125mm 时的位移云图 观察上述位移云图，可以发现当间距为 25mm 时，边坡滑动带陡峭并且延伸距离河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 11 很小。 而当间距为 50mm 时滑动带角度变的平缓并且延伸距离变大，当间距 为 125mm时滑动带角度变得更为平缓延伸距离更长了，甚至延伸到了加筋土边坡表面。 要分析产生上述现象的成因，首先就必须要了解边坡土本身的条件，从建模初期的参数设置中可以得出边坡土的内摩擦角为 34 度而边坡本身的坡度为 45 度，由于内摩擦角远小于边坡本身的坡度，边坡本身承载能力极差，极易进入塑性状态。 而在土中埋置入筋材后可以很明显的提升土体本身的力学性能。 正是因为这样，在进行荷载传递分析时，筋材的作用是分析的重中之重。 外部荷载分布在坡顶距边界 75mm175mm 的地方。 根据荷载在土壤中传递的原理，可以想象的到， 荷载通过土体向下扩散传递，由于土体本身不能承受拉力，在荷载传递到无筋的位置时，并没有什么存在能够阻止其传递。 但是当荷载传递到有筋材存在的位置时，由于筋材受拉使得荷载必须通过时筋材变形来讲荷载传递下去，这样一部分本该由下层土体承受的荷载被后来埋置进去的筋材消耗掉了。 从另外的意义上说，这中筋材阻止了荷载向下传递的道路。 明白了荷载的传递路径以及筋材消耗荷载的原理，接下来需要分析的就是不同埋置间距之间的差距产生的原因。 从上文中筋材消耗荷载的理解出发，可以很明显的发现当埋置间距越小时，筋材数量增多，而同样的荷载被消 耗的次数也相应的增多了，这就是为何筋材埋置的筋材间距越小，位移云图中所表现出的滑动带越陡越短，筋材作用十分明显。 而间距变大的情况下，位移云图所表现出的滑动带越缓越长，筋材作用并不显著。 分析完位移云图的区别，接着便看看在不同的埋置间距对边坡的塑性点分响。 由 软件计算得到的不同埋置间距条件下边坡塑性点分布图如下（图 ）所示。 图 间距 25mm 时的塑性点分布 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 12 图 间距 50mm 时的塑性点分布 图 间距 125mm 时的塑性点分布 观察上述塑性点分布图，可以很清楚的发现塑性点主要分布在边坡的边界部分，大体的规律是以边界为起点向边坡内部扩散。 这种现象的成因显然是由于边坡边界 的部分更容易产生拉力。 通过观察，可以发现向内部扩散的程度不尽相同。 间距为 25mm时的边坡塑性点分布面积较小，间距 50mm是的边坡塑性点分布面积较之间距 25mm时的面积变大了些，而 125mm 时的塑性点分布面积已经到了一个很大的程度。 也就是说，随着筋材间距的减小，筋材埋置的密度也在不断的增大，这很大程度上增强了加筋边坡的弹性模量，增强了土体抵抗变形的能力。 通过上述分析，可以得出一个定性的结论：加筋边坡中的筋材埋置间距越小，对边坡的加强作用越好。 但是，这种定性的结论对真正的设计施工工作并没有多大的帮助。 需要进行 进一步的分析以得出一个定量。