【摘 要】
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黄土的成土环境复杂,粒径分布和矿物成分特殊,导致黄土具有强湿陷性和高压缩性等不良工程特性,且强度低。黄土地区一直存在着诸多地质和工程问题,边坡稳定性问题就是较典型的一种。边坡的加固措施多种多样,其中,采用固化剂加固黄土边坡被证明是一种行之有效的加固手段。本文借助ABAQUS有限元软件,采用大变形有限元分析技术——耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)法,研究不同滑动模式下SH固化剂加固方式对黄土边坡稳定性
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黄土的成土环境复杂,粒径分布和矿物成分特殊,导致黄土具有强湿陷性和高压缩性等不良工程特性,且强度低。黄土地区一直存在着诸多地质和工程问题,边坡稳定性问题就是较典型的一种。边坡的加固措施多种多样,其中,采用固化剂加固黄土边坡被证明是一种行之有效的加固手段。本文借助ABAQUS有限元软件,采用大变形有限元分析技术——耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)法,研究不同滑动模式下SH固化剂加固方式对黄土边坡稳定性的影响。通过对比不同加固方式的影响规律,获得最优的边坡加固方式;基于有限元计算结果,建立起SH固化剂加固后黄土边坡安全性系数的经验公式;梳理加固前后边坡稳定性及破坏模式的关系,最终建立起一套采用SH固化剂加固黄土边坡的分析方法。本文的主要工作如下:(1)选择分析方法并完成模型验证选用大变形有限元分析技术CEL法,并建立对应的有限元模型。对比不同失稳判据的优缺点及适用性,选择用能量突变法作为本文判定边坡失稳的判据。通过与三个经典算例的计算结果对比,验证CEL法及能量突变判据的有效性。(2)探究不同破坏模式下边坡的最优加固方式对比不同固化剂的加固机理、材料成本和环保性等因素,最终决定采用新型高分子固化剂SH加固边坡。选择三个代表浅层破坏、中层破坏和深层破坏的坡角,探究各破坏模式下固化剂加固的最优方案。将边坡分为坡顶、坡面、坡底三个加固位置,三个位置随机组合形成七种整体加固方案,对比后得出坡底-坡面组合的加固方式效果最好;使用二分法,基于坡底-坡面的加固方式,逐渐减少固化剂的使用量,明确各坡角下固化剂加固边坡的最优方式。(3)提出固化剂加固后边坡安全系数的经验公式考察黄土黏聚力、内摩擦角和土体重度对边坡稳定性安全系数的影响规律,并结合不同破坏模式对各因素的影响进行分析,对90组工况的计算结果进行拟合,得出固化剂加固后边坡安全系数的经验公式。为了提高计算精度将公式分为25°~45°和45°~60°两种形式。后续又设计了24组计算工况来验证公式的精确性和适用性,计算结果的最大误差为8.96%。(4)建立固化剂加固边坡的分析方法分析方法的计算流程包括:计算所给边坡安全系数、判断边坡破坏模式、给出最优加固方式、判断加固效果(计算加固后安全系数)。同时,通过3个算例,给出了所建立的分析方法的计算流程。
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