隧道圍巖穩(wěn)定性極限分析上限有限元法與應(yīng)用

前言

第1章 緒論

1.1 巖土工程穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀

1.1.1 極限平衡法

1.1.2 滑移線（特征線）法

1.1.3 極限分析法

1.1.4 有限元法

1.2 隧道圍巖穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

1.2.1 隧道圍巖壓力和穩(wěn)定性分析

1.2.2 淺埋隧道模型試驗研究

1.2.3 存在的不足

1.3 本書主要內(nèi)容

第2章 極限分析基本理論

2.1 引言

2.2 基本假設(shè)

2.2.1 理想彈塑性假設(shè)

2.2.2 小變形假設(shè)

2.2.3 Drucker公設(shè)

2.3 極限分析的基本理論

2.3.1 屈服準則

2.3.2 流動法則

2.3.3 虛功原理和虛功率原理

2.3.4 極限狀態(tài)應(yīng)變率

2.3.5 極限分析上下限定理

2.4 關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)流動法則的影響

第3章 剛性塊體極限分析上限法

3.1 引言

3.2 巖土破壞模式的構(gòu)建方法

3.2.1 土體內(nèi)部塑性區(qū)與滑動面的關(guān)聯(lián)關(guān)系

3.2.2 破壞模式構(gòu)建方法

3.2.3 破壞模式的適用性探討

3.3 剛性塊體極限分析上限法計算流程

3.4 條形基礎(chǔ)地基極限承載力算例

3.5 矩形隧道圍巖壓力計算

3.6 隧道掌子面縱向穩(wěn)定性

第4章 剛體平動運動單元上限有限元

4.1 引言

4.2 剛體平動單元與速度間斷線

4.3 剛體平動單元上限有限元

4.3.1 速度間斷線約束

4.3.2 速度邊界約束

4.3.3 單元自重功率

4.3.4 速度間斷線耗散能

4.3.5 剛體平動單元上限有限元線性規(guī)劃模型

4.3.6 剛體平動單元上限有限元計算流程

4.4 剛體平動運動單元上限有限元

4.4.1 速度間斷線約束與耗散能計算

4.4.2 模型網(wǎng)格幾何約束

4.4.3 剛體平動運動單元上限有限元非線性規(guī)劃模型

4.4.4 剛體平動運動單元上限有限元計算流程

4.5 條形基礎(chǔ)地基極限承載力算例

4.6 地表超載作用下隧道穩(wěn)定性分析算例

4.7 隧道掌子面縱向穩(wěn)定性分析算例

第5章 塑性變形單元上限有限元法

5.1 引言

5.2 三節(jié)點三角形單元上限有限元

5.2.1 三節(jié)點三角形單元

5.2.2 莫爾庫侖屈服函數(shù)線性化

5.2.3 單元內(nèi)部塑性流動約束

5.2.4 速度間斷線塑性流動約束

5.2.5 速度邊界條件

5.2.6 外力功率和內(nèi)部耗散能

5.2.7 上限有限元線性規(guī)劃模型

5.2.8 上限有限元數(shù)值計算流程

5.3 六節(jié)點三角形單元上限有限元

5.3.1 六節(jié)點三角形單元

5.3.2 單元內(nèi)部塑性流動約束

5.3.3 速度間斷線塑性流動約束

5.3.4 速度邊界條件

5.3.5 外力功率和內(nèi)部耗散能

5.3.6 上限有限元線性規(guī)劃模型

5.3.7 上限有限元數(shù)值計算流程

5.3.8 上限有限元后處理

5.4 上限有限元自適應(yīng)加密方法

5.4.1 六節(jié)點三角形單元上限有限元（不設(shè)置速度間斷線）

5.4.2 上限有限元網(wǎng)格自適應(yīng)加密策略

5.4.3 上限有限元網(wǎng)格自適應(yīng)加密數(shù)值計算流程

5.5 條形基礎(chǔ)地基極限承載力算例

5.6 邊坡穩(wěn)定性算例

5.7 地表超載作用下隧道穩(wěn)定性算例

第6章 隧道穩(wěn)定性上限有限元分析

6.1 隧道穩(wěn)定性分析方法

6.1.1 不排水條件下隧道穩(wěn)定性分析

6.1.2 排水條件下隧道穩(wěn)定性分析

6.1.3 隧道穩(wěn)定性的強度折減法

6.2 隧道穩(wěn)定性分析

6.2.1 不排水條件下圓形隧道穩(wěn)定性

6.2.2 排水條件下圓形隧道穩(wěn)定性

6.2.3 隧道破壞模式和影響因素分析

6.3 矩形隧道圍巖壓力計算

6.4 隧道掌子面縱向穩(wěn)定性

6.4.1 隧道掌子面支護反力計算

6.4.2 隧道掌子面穩(wěn)定性分析

6.5 并行隧道穩(wěn)定性分析

6.5.1 不排水條件下并行隧道穩(wěn)定性

6.5.2 排水條件下并行隧道穩(wěn)定性

6.6 偏壓隧道穩(wěn)定性分析

第7章 隧道穩(wěn)定性上限有限元實例分析

7.1 工程概況

7.2 隧道洞口段塌方

7.3 云陽山隧道上限有限元穩(wěn)定性分析

參考文獻 2100433B

本書探討了極限分析上限有限元理論的幾種實現(xiàn)方式，包括剛體平動運動單元法和塑性變形單元法并提出編程流程。在此基礎(chǔ)上，計算并分析了圓形隧道圍巖穩(wěn)定性和支護反力系數(shù)影響因素，圍巖破壞模式的形態(tài)特征和演變規(guī)律。同時，對于平行雙洞隧道、偏壓隧道等特殊問題也有所涉及。最后針對一座隧道洞口段亞粘土地層與支護結(jié)構(gòu)的大變形和冒頂坍塌的工程實例，利用上限有限元法分析了地層失穩(wěn)原因以及理論計算所得破壞形態(tài)和范圍，為現(xiàn)場加固措施的制定提供了理論支持。

《土體極限分析理論與應(yīng)用》是作者與同事們多年來對土體極限分析理論的學習、應(yīng)用及研究工作的總結(jié)。內(nèi)容包括三部分，第一部分（第二章）：討論了土體或地基的破壞模式和基本方程；這是土體極限分析理論的基礎(chǔ)，其中將屈服函數(shù)的極值條件作為基本方程之一，使得土體極限分析問題有了一套完備的基本方程，是《土體極限分析理論與應(yīng)用》的突出特點。第二部分（第三、四、五、六、七章）：討論了極限分析問題的求解方法，包括特征線法、應(yīng)力場法、極限平衡法、基于虛功方程的廣義極限平衡法和面破壞模式的廣義極限平衡法，其中面破壞模式的廣義極限平衡法容易推廣到非均質(zhì)土的一般情況。第三部分（第八、九、十、十一、十二章）：討論了土體極限分析理論的應(yīng)用問題，第八、九章是地基承載力問題，非均質(zhì)土地基承載力計算問題是其主要內(nèi)容；第十、十一章是邊坡穩(wěn)定問題，適用范圍廣泛的復合滑動面法，在沒有通常的假定或簡化條件下（除滑動面外）獲得的邊坡穩(wěn)定性分析方法是其主要內(nèi)容；第十二章是土壓力問題。

本書特點是將提出的屈服函數(shù)極值條件作為基本方程之一，使得極限分析問題有了一套完整的基本方程，構(gòu)成了一個完備的極限平衡問題或變分問題。在此基礎(chǔ)上 提出了一種全新的求解方法&mdash；&mdash；廣義極限平衡法。該方法能與極限平衡法、滑移線法、塑性上、下限分析法相互印證。在邊坡穩(wěn)定問題的研究中，解決了目前工程中 常用的經(jīng)典方法靠引進假定條件來求解超靜定問題的研究模式，提出的邊坡穩(wěn)定分析方法更完善，計算結(jié)果更可靠。在地基承載力問題的研究中，解決了非均質(zhì)土地 基承載力的計算難題，提出的計算方法適用范圍更廣泛。2100433B

在極限分析中常采用下限定理和上限定理。下限定理是，在所有與靜力容許應(yīng)力場（滿足平衡條件且不違背極限條件的應(yīng)力場）對應(yīng)的載荷中，較小的載荷為極限載荷。