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随着经济建设的日益发展,在工业与民用建筑等工程中出现越来越多的高边坡,尤其是在山地城市基础设施建设中,房屋和道路大多数建在边坡的上面或下面,边坡工程的成败往往直接影响城市建设的成败。对其进行稳定性分析并及时进行防护,对于缩短工期、节省投资、保护环境等都十分重要。这必然对边坡工程的设计和施工技术提出更高的要求,形成了与工程建设密切相关的新的工程力学学科分支—施工力学。 目前边坡工程设计方法是以一次性开挖支护后支护结构所承受的荷载为依据,在计算中通常采用静力平衡法,并在计算过程中做了很多假设,而这种作法一般都不能真正反映工程实际。为保证安全起见,在计算过程中往往人为地随意确定计算参数,这更进一步增加了设计的盲目性与不科学性。过去的开挖计算以及现行的边坡支护设计规范都简化了开挖过程的相关性,仅进行一次开挖平面有限元分析,这显然与实际工程情况不相符合。 本文通过对施工力学的基本理论与分析方法的系统分析与介绍,首次将施工力学的基本理论与计算方法引入到边坡工程的设计分析中,讨论了在不同开挖及支护情况下边坡坡体的受力与变形特性。考虑到边坡开挖的实际施工情况,应当进行边坡开挖的非线性时变计算分析。 通过工程实例分析得出分步开挖支护与一次开挖支护设计方法具有显著差异。本文采用增量法和时间冻结法,并利用ANSYS有限元程序来对边坡开挖支护施工过程进行模拟分析,理论与实例分析结果表明:切坡开挖施工过程是一个时间和空间不断变化的过程,边坡开挖的最终受力状态不是唯一的,而是与开挖过程密切相关的,也即应力路径与应力历史相关。本文将边坡开挖施工过程从开放和动态的角度进行研究,突破了传统固体力学研究的局限。 采用施工力学方法进行分析是非常必要的,它对于改善支护结构的受力状态,保障经济、安全的进行施工都具有可观的应用价值。本文所做的工作为边坡工程设计从一次设计过渡到施工期分段设计奠定了一定的理论与实践基础。